熱電材料是一種能夠實現熱能與電能之間直接相互轉換的功能材料,由其構成的熱電器件具有結構簡單、可靠性高、壽命長、無污染等優點,在固態制冷和同位素溫差發電器領域已獲得應用,在廢熱回收領域具有廣闊的應用前景。 界面材料是構成熱電器件不可或缺的重要組成部分,用來阻隔釬料與熱電材料間的界面反應,從而維持器件在長期服役過程中的穩定性。當前界面材料的設計多通過高通量試驗篩選過渡族金屬元素,材料的選擇空間有限,急需拓寬合金或化合物作為潛在的界面材料。然而合金與化合物種類龐大,無法通過試錯法進行有效篩選。因此,如何高效地為熱電材料篩選出高穩定性的界面材料是熱電領域的重要課題。 從吉布斯自由能的角度看,由熱電材料組成元素與金屬形成的反應物與熱電材料能夠形成穩定的界面結構。因此,團隊以多組元MgAgSb高性能低溫熱電材料為例,通過理論計算相圖預測能與熱電材料形成兩相平衡的化合物,再結合化合物的室溫電阻率和熔點作為判據,為MgAgSb篩選出界面材料MgCuSb,建立了熱電界面材料高效篩選策略,并通過不同溫區代表性熱電材料的界面材料篩選證實了其普適性。MgCuSb/MgAgSb接頭經553K退火16天仍保持穩定的界面結構和低的接觸電阻率(<1μΩ cm-2),MgAgSb/Mg3.2Bi1.5Sb0.5基熱電器件在低溫端293K,溫差300K時轉換效率高達9.25%,且器件性能可靠性得到美國和德國研究機構的第三方獨立驗證。
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