晶界相的化学和原子排列定义了通过晶界的电子传输。富钛相提供导电路径（左），而富铁相对电子有抵抗力（右）图片来源：R. Bueno Villoro, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

由 Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) 领导的研究小组现在已经能够调整一种有前途的新型热电材料的微观结构，以实现高效的能量转换。该团队在《先进能源材料》杂志上发表了他们的研究成果。

 

 

先前的研究表明，晶界的结构和组成对于热电材料的导热性和导电性至关重要。通常，晶界会降低材料的热导率和电导率，同时希望材料具有低热导率和高电导率。

 

来自 MPIE、西北大学（美国）和德累斯顿莱布尼茨固态与材料研究所（德国）的研究人员的目标是修改晶界，以便仅降低热导率，同时保持高电导率。他们使用了掺杂 Ti 的 NbFeSb 半赫斯勒金属间化合物——一种最近开发但很有前途的热电合金。

 

它在中高温下具有出色的热电性能，具有良好的热稳定性和机械稳定性，其元素在地球上含量丰富且良性。

 

“我们使用先进的表征技术，如扫描透射电子显微镜和原子探针层析成像，揭示了合金的微观结构，直至原子尺度。我们的分析表明，可以调整晶界的化学和原子排列，以设计电子和热传输特性，”MPIE 独立研究小组“纳米分析和界面”的博士研究员、该出版物的第一作者 Ruben Bueno Villoro 说。

 

由于晶粒尺寸小，晶界数量的增加显着降低了电导率。“通过用钛掺杂合金，我们发现晶界变得富含钛并且不再具有电阻性，因此我们可以充分利用小晶粒尺寸提供的有益的低导热性，”项目负责人 Siyuan Zhang 博士解释道。同一研究组和该出版物的通讯作者。

 

在展示晶界工程策略后，研究人员正在探索选择性掺杂晶界的新方法。通过将功能特性与晶界等关键微观结构特征的原子结构联系起来，研究团队正在为对可持续未来至关重要的材料开发新的设计原则。

编辑：澜澜

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