The Roles of Grain Boundaries in Thermoelectric Transports

晶界 热电效应 材料科学 凝聚态物理 热电材料 塞贝克系数 声子散射 晶界强化 工程物理 粒度 散射 热电发电机 热的 热导率 微观结构 冶金 物理 复合材料 热力学 光学
作者
Jiaqing He
标识
DOI:10.54227/mlab.20220012
摘要

Grain boundary scattering was long recognized and widely utilized to regulate the transports of charge carriers and phonons in thermoelectric materials; nevertheless, the understanding of grain boundaries in lots of literatures seems somewhat lopsided and way too simplified, without distinguishing the exact microstructural characters for each individual case. In this perspective, we first review the well-known functions of grain boundaries on the electrical and thermal transport properties based on some representative thermoelectric series. Next, we try to deepen the understanding of the roles of grain boundaries in the following two aspects: (1) whether the grain boundaries are large-angle or small-angle ones, and what the difference between them in affecting electrical/thermal performance is; (2) whether the grain boundaries are clean and sharp as lattice discontinuity defects, if not, how can the grain boundaries as an individual phase affect the thermoelectric transports. At last, we suggest that further investigations engaging more detailed microstructural information of grain boundaries are urgently necessary in order to better realize a positive trade-off between lattice thermal conductivity and electrical power factor for an overall enhanced thermoelectric performance.

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