熱電材料具有顯著的珀爾帖效應(yīng)，這使其成為固態(tài)制冷器件的核心材料。
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以往，用于制冷的經(jīng)典熱電材料是碲化鉍(Bi2Te3)。但制冷器件需要使用大量昂貴的碲元素，其高昂的成本阻礙了熱電材料在制冷方向的應(yīng)用。
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近日，美國休斯頓大學(xué)的任志鋒教授和美國麻省理工大學(xué)的陳剛教授（共同通訊作者）等報導(dǎo)了一種價格低廉的熱電材料。
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研究發(fā)現(xiàn)，N型鉍化鎂(Mg3Bi2)基熱電材料的品質(zhì)因數(shù)在溫度為350K時達(dá)到最大值0.9，可以與商業(yè)硒碲化鉍(Bi2Te3-xSex)媲美，其價格更低廉，具有巨大的成本優(yōu)勢。
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研究發(fā)現(xiàn)，Mg3Bi2基熱電材料能與Fe和Ni形成良好的接觸，克服了傳統(tǒng)Bi2Te3-xSex材料接觸不良的問題。這對簡化Mg3Bi2基熱電材料的組裝工藝大有裨益。
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作者將N型的Mg3Bi2基材料(Mg3.2Bi1.498Sb0.5Te0.002?)與P型的碲化鉍銻(Bi0.5Sb1.5Te3)組裝成溫差電單偶，在熱端溫度為350K的條件下能在冷端造成91K的巨大溫差。
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熱電材料的成本高達(dá)熱電模組總成本的三分之一。因此，用價格低廉的N型Mg3Bi2基熱電材料代替價格昂貴的Bi2Te3，在熱電制冷方向具有可觀的應(yīng)用前景。
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該工作以“Highthermoelectric cooling performance of n-type Mg3Bi2-based materials”為標(biāo)題于2019年8月2日在線發(fā)表在國際頂刊Science上。
圖一、由N型Mg3.2Bi1.498Sb0.5Te0.002?與P型Bi0.5Sb1.5Te3組成的溫差電單偶的熱電制冷性能測試
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圖二、Mg3.2Bi2-xTex 的電子及熱電性質(zhì)
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圖三、Mg3.2Bi2的能帶結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)
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圖四、Mg3.2Bi1.998-xSbxTe0.002的熱電性質(zhì)
High thermoelectric cooling performance of n-type Mg3Bi2-basedmaterials （Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax7792）
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