High‐Pressure‐Sintering‐Induced Microstructural Engineering for an Ultimate Phonon Scattering of Thermoelectric Half‐Heusler Compounds

热电效应 材料科学 热电材料 声子散射 声子 微观结构 热导率 烧结 粒度 散射 凝聚态物理 纳米技术 光电子学 复合材料 热力学 光学 物理
作者
Ran He,Taishan Zhu,Pingjun Ying,Jie Chen,Lars Giebeler,U. Kühn,Jeffrey C. Grossman,Yumei Wang,Kornelius Nielsch
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (33) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/smll.202102045
摘要

Abstract Thermal management is of vital importance in various modern technologies such as portable electronics, photovoltaics, and thermoelectric devices. Impeding phonon transport remains one of the most challenging tasks for improving the thermoelectric performance of certain materials such as half‐Heusler compounds. Herein, a significant reduction of lattice thermal conductivity (κ L ) is achieved by applying a pressure of ≈1 GPa to sinter a broad range of half‐Heusler compounds. Contrasting with the common sintering pressure of less than 100 MPa, the gigapascal‐level pressure enables densification at a lower temperature, thus greatly modifying the structural characteristics for an intensified phonon scattering. A maximum κ L reduction of ≈83% is realized for HfCoSb from 14 to 2.5 W m −1 K −1 at 300 K with more than 95% relative density. The realized low κ L originates from a remarkable grain‐size refinement to below 100 nm together with the abundant in‐grain defects, as determined by microscopy investigations. This work uncovers the phonon transport properties of half‐Heusler compounds under unconventional microstructures, thus showing the potential of high‐pressure compaction in advancing the performance of thermoelectric materials.

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