5-14、高性能半赫斯勒热电材料的优化设计与实验验证

朱铁军^*

浙江大学材料科学与工程学院

摘要：热电材料能实现热能和电能的直接相互转换，在余热废热利用和固态制冷等领域有重要的应用前景。热电转换器件的效率正比于热电材料无量纲优值zT和环境温差。半赫斯勒(Half-Heusler, HH)化合物及其固溶体是一类重要的新型高温热电材料，具有环境友好、机械性能优异、热稳定好和易于批量制备等优点。本报告将介绍半赫斯勒热电材料的筛选，新型高性能P型FeNbSb基HH热电材料的发现及其能带调控方法。在第一性原理计算指导下，合理优化FeNbSb热电材料能带与成分，减小能带有效质量，可显著提高材料功率因子。在优化热导率的情况下，最高热电优值zT在1200K可达到1.5，是目前国际上高温热电材料的最好性能。此外，利用第一性原理计算，可预测名义19电子半赫斯勒化合物的稳定成分，通过实验验证和成分优化，显著提高了这一类新型热电材料的性能，开辟了半赫斯勒热电材料研究的新方向。

关键词：热电材料，热电性能，半赫斯勒合金， 电子结构，能带

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.514