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在Bi₀.₄Sb₁.₆Te₃基体中添加高离子导电性的X型沸石,破解热电材料热导与电导平衡难题

日期: 2025-09-22
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热电材料在废热发电等领域具有广阔的应用前景,其性能由热电优值zT决定,而zT的提升受到塞贝克系数S、电导率σ和热导率κ之间强耦合的限制。研究表明,通过构建纳米多孔结构可以有效降低热导率,从而提升热电性能。沸石材料,尤其是低硅铝比的X型分子筛,因其独特的三维纳米孔结构和优异的离子交换性能,有望作为亚纳米多孔掺杂剂应用于热电材料中,以调控孔环境并优化热电参数。本研究通过将钠型低硅X型沸石(Na-LSX)作为亚纳米多孔掺杂剂引入到BST基体中,成功制备了高性能的热电纳米复合材料。利用X型沸石独特的三维孔结构,实现了增强的声子散射,从而显著降低了晶格热导率(κL),同时通过调节载流子浓度提高了塞贝克系数(S)并降低了电子热导率(κe)。此外,由于钠离子的低电负性,Na-LSX中的氧原子向Bi0.4Sb1.6Te3基体转移了更多电子,形成Te-O键,减少了基体中的空位,进一步优化了热电性能。最终,BST/0.8wt%Na-LSX纳米复合材料在373K时的热电优值峰值达到1.47,制冷温差达69.4K,转换效率达6.95%。这一成果不仅为热电材料的性能提升提供了新的策略,还拓展了X型沸石在热电领域的应用潜力。

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