Enhancement of Thermoelectric Performance in Bi0.5Sb1.5Te3 Particulate Composites Including Ferroelectric BaTiO3 Nanodots

材料科学 铁电性 热电效应 塞贝克系数 复合材料 热电材料 电介质 功勋 纳米点 复合数 凝聚态物理 热导率 光电子学 热力学 物理
作者
Yiming Cheng,Junyou Yang,Yubo Luo,Wang Li,A. N. Vtyurin,Qinghui Jiang,Steve Dunn,Haixue Yan
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (32): 37204-37212 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsami.2c10424
摘要

An increasing number of studies have reported producing composite structures by combining thermoelectric and functional materials. However, combining energy filtering and ferroelectric polarization to enhance the dimensionless figure of merit thermoelectric ZT remains elusive. Here we report a composite that contains nanostructured BaTiO3 embedded in a Bi0.5Sb1.5Te3 matrix. We show that ferroelectric BaTiO3 particles are evenly composited with Bi0.5Sb1.5Te3 grains reducing the concentration of free charge carriers with increasing BaTiO3 content. Additionally, as a result of the energy-filtering effect and ferroelectric polarization, the Seebeck coefficient was improved by ∼10% with a ∼10% improvement in power factors. The BaTiO3 phase can effectively scatters phonons reducing lattice thermal conductivity κl (0.5 W m-1 K-1) and increasing ZT to 1.31 at 363 K in Bi0.5Sb1.5Te3 composites with 2 vol % BaTiO3 content giving an improvement of ∼25% over pure Bi0.5Sb1.5Te3. Our work indicates that the introduction of ferroelectric nanoparticles is an effective method for optimizing the ZT of Bi0.5Sb1.5Te3-based thermoelectric materials.
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