来自中国科学家团队在《杂志》上发表了一篇新论文自然通讯研究高性能N型硫化物PBSN的发展2这有可能与P型SNS的出色性能相匹配。
学习：在PBSNS2晶体中实现高率热电性能。图片来源：gorodenkoff/shutterstock.com
研究背景
近年来，P型SNS热电学化合物的开发中取得了值得注意的进展，而它们的N型对应物无法跟上它们，从而阻碍了使用它们的热电设备的制造。
PBSN的晶体结构表征2在室温下。一个典型的PBSN2晶体沿着（001）平面（左）裂解，以及如何沿着平面外和平面内方向切割样品的示意图，以进行热电性能测量（右）。B XRD模式未掺杂和CL掺杂PBSN2沿裂解平面和相应的仿真模式。沿（c）[100]，（e）[110]和（f）[001]的区域轴的HAADF图像。d沿区域轴[100]的ABF图像。局部放大倍率和晶体结构模型位于相应的茎图像的右侧，黑色和灰色混合球表示PB或SN原子，而黄色球表示S原子。图片来源：Zhan，S等人，自然通讯
通过利用热和电能的直接和可逆转欧洲杯足球竞彩化，热电材料已成为合适的替代能源利用材料。热电材料的几种特性控制了热电设备的效率，包括电导率，Seebeck系数，绝欧洲杯足球竞彩对温度，功率因数及其电子和晶格热电导率。
已经探索了几种策略来提高热电材料的性能，并进行了数十年的专门研究。欧洲杯足球竞彩这些策略包括使用状态密度失真和频带收敛增强材料的Seebeck系数，提高电导率，并设计新的层次结构，以降低材料的晶格导热率。
设计理想的热电设备，用于具有高效率的大规模应用，应考虑一个关键要求，即它们必须具有同型结构。这种类型的结构避免了负面行为，例如带错位和晶格不匹配。因此，性能匹配的，相似的系统P型和N型热电材料的设计至关重要。欧洲杯足球竞彩
![沿[010]方向的最佳CL掺杂PBSNS2的投影间层中心电荷密度。](https://d12oja0ew7x0i8.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_60199_16654834028639127.jpg)
最佳CL掺杂PBSN的投影层间电荷密度2沿[010]方向。A 300 K. B 623 K. C 773 K.图片来源：Zhan，S等，自然通讯
尽管在高效率的低成本，环保的P型SNS的开发方面取得了突出的进步，但目前N型材料的开发受到限制。欧洲杯足球竞彩一个关键的挑战是通过电子掺杂在N型SNS中优化电运输。P型SNS的一个关键优势是通过价带的动态相互作用对载体迁移率和质量的协同优化。
迄今为止，已经探索了几种策略，以优化N型SNS并实现与P型SNS材料相当的性能，包括Aliovalent阴离子掺杂和Alioaloalightent阳离子掺杂。欧洲杯足球竞彩尽管研究报道了电子载体浓度不足，但由于SN空位抑制和SN的形成，等值PB阳离子掺杂已成为潜在的候选者我和PB我间质。
研究
新论文证明了PBSN的合成2使用改良温度梯度法的晶体。此外，已经对该材料的热电运输性能进行了全面评估。PBSN2具有几个好处，包括低成本元件，内在的低热导率，宽带隙和分层的正交结构，类似于SNS和SNSE。
掺杂PB的进一步好处是其在SN位置中的固化性。这种特征有利于SNS电子掺杂。PBSN2是一种可以满足商用N型热电材料的性能要求的硫化物。欧洲杯足球竞彩虽然PBSN的潜在好处2由于电导率差和载流子浓度低，目前缺乏公认的实验结果。
为了提高原始PBSN的电导率2，作者用其他元素探索了电子掺杂。氯的离子半径与硫相似，因此，该元素被选为电子掺杂剂。值得注意的是，与未掺杂的样品相比，氯可以改善PBSN2水晶的相位稳定性。此外，晶格导热率通过CL掺杂降低。
未掺杂和CL掺杂PBSN的温度依赖性热运输性能2沿平面外向和理论计算结果。导热率。B晶格导热率比较N型铅和锡硫化盐，包括CL掺杂的PBS POLYCRYSTAL45，BR掺杂的SNS水晶23，BR和CL掺杂的SNSE晶体9,38和PBSN2多晶35和水晶。C声子分散频谱。d对典型铅和锡甲藻元化的平均声学模式比较。egrüneisen参数，插入的表是沿a，b和c方向的平均grüneisen参数。f计算PBSN的精灵2，其中等速级设置为0.95。图片来源：Zhan，S等人，自然通讯
实验观察结果揭示了使用CL掺杂制造高效PBSN的性能增强2热电材料。欧洲杯足球竞彩用氯代替硫可以优化材料的载体浓度，从而显着提高其电导率。
氯掺杂的另一个有益作用是在升高的温度下激活多个传导带，从而保持较大的锯齿系数。通过有效的掺杂，该材料中的费米水平更深。
PBSN的成功掺杂2产生具有最佳功率因数的材料，ZT值和晶格导热率值，证实了论文策略的有效性。此外，作者使用新型PBSN表现出良好的能量转换效率和输出功率2晶体。
总之
该论文表明了提高N型SNS热电材料效率的合理策略。欧洲杯足球竞彩制备的氯掺杂PBSN的性能2与广泛报道的P型SNS材料相当，为低成本和工业规模的热电N型SNS热电设备提供了途径。欧洲杯足球竞彩
这项研究对创新热电学收获和存储材料和设备的未来发展具有影响，这将有助于克服能源行业所面临的当前挑战。欧洲杯足球竞彩能源资源短缺和碳排放的问题可以通过利用这些材料来解决，从而为零碳排放提供了创新的途径。欧洲杯足球竞彩
进一步阅读
Zhan，S等。（2022）在PBSNS2晶体中实现高率热电性能自然通讯13，5937 [在线] Nature.com。可用网址：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33684-0
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