Intrinsically low thermal conductivity from a quasi-one-dimensional crystal structure and enhanced electrical conductivity network via Pb doping in SbCrSe3
Notice bibliographique
Résumé
The development of new routes for the production of thermoelectric materials with low-cost and high-performance characteristics has been one of the long-term strategies for saving and harvesting thermal energy. Herein, we report a new approach for improving thermoelectric properties by employing the intrinsically low thermal conductivity of a quasi-one-dimensional (quasi-1D) crystal structure and optimizing the power factor with aliovalent ion doping. As an example, we demonstrated that SbCrSe3, in which two parallel chains of CrSe6 octahedra are linked by antimony atoms, possesses a quasi-1D property that resulted in an ultra-low thermal conductivity of 0.56 W m−1 K−1 at 900 K. After maximizing the power factor by Pb doping, the peak ZT value of the optimized Pb-doped sample reached 0.46 at 900 K, which is an enhancement of 24 times that of the parent SbCrSe3 structure. The mechanisms that lead to low thermal conductivity derive from anharmonic phonons with the presence of the lone-pair electrons of Sb atoms and weak bonds between the CrSe6 double chains. These results shed new light on the design of new and high-performance thermoelectric materials. A material that is counter-intuitively both a good electrical conductor and thermal insulator has been made by a team in China and the USA. The ideal thermoelectric material would have a high electrical conductivity and a low thermal conductivity. But this is challenging as both properties are facilitated by electrons. Now, Guoyu Wang (Chinese Academy of Sciences), Tao Yang, Xiaoyuan Zhou (Chongqing University) and their colleagues present an idea for seeking and optimizing low-dimensional thermoelectric materials. They started with a material with an intrinsically low thermal conductivity due to its atomic structure — the atoms in SbCrSe3 form one-dimensional chains held together by weak bonds, which inhibits thermal conduction. They then boosted the material's electrical conductivity by adding lead atoms. This approach could be applied to other materials with a similar one-dimensional atomic structure. SbCrSe3, described as a quasi-1D structure with CrSe6 double chains, possesses an intrinsic low thermal conductivity due to the large anharmonicity and weak chemical bonds. By substituting Sb with Pb, a peak ZT= 0.46 at 900 K is obtained in Pb0.05Sb0.95CrSe3 sample. This is about 24 times larger value than measured on pristine SbCrSe3.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».