利用内置温度梯度效应，对Y和B共掺杂的Mg3SbBi材料的热电性能进行了高通量筛选

《Journal of Alloys and Compounds》：High throughput screen of thermoelectric performance of Y and B co-doped Mg 3SbBi via built-in temperature gradient effect

提高n型Mg3Sb2基材料热电性能，采用内置温度梯度单步骤合成法，实现B和Y共掺杂，优化载流子浓度与散射机制，使室温迁移率达279 cm2·V-1·s-1，750 K时晶格热导率降至0.53 W·m-1·K-1，功率因子提升，峰值zT达1.3，较未掺杂样品提高三倍。

　　在当前能源转换技术不断发展的背景下，提升热电材料的性能是实现高效能量回收与制冷应用的关键。特别是在n型Mg?Sb?基材料中，其热电性能的优化对推动相关技术的实际应用具有重要意义。本研究通过引入一种创新的一步合成方法，利用内置温度梯度效应，成功制备了B和Y共掺杂的Mg?.03Y?.02SbBiB?（x = 0-0.04）合金。这种方法不仅简化了传统多步骤合成过程，还显著提高了材料的热电性能。研究结果表明，在室温条件下，该材料的加权迁移率达到了279 cm2·V?1·s?1，这比以往报道的多晶和单晶样品在相同载流子浓度下的加权迁移率高出许多。

热电材料的核心性能指标是其无量纲优值zT，它综合反映了材料的Seebeck系数、电导率和热导率之间的关系。为了实现高zT值，需要在保证高Seebeck系数的同时，降低电导率和热导率。本研究通过B和Y的共掺杂，有效调控了材料的载流子浓度，进而优化了其电子输运特性。具体而言，B的掺杂显著降低了载流子浓度，同时削弱了电子与声子之间的耦合，从而提升了Seebeck系数和功率因子。这种改善不仅有助于提高材料的电性能，还对热导率的调控起到了关键作用。

在热导率方面，B的掺杂通过引入晶格畸变和位错，显著抑制了晶格热导率。研究发现，在750 K时，B掺杂的样品其晶格热导率降低了0.53 W·m?1·K?1，这表明B掺杂在减少材料内部热传导方面具有显著效果。同时，B的掺杂还有效抑制了双极效应，进一步优化了材料的热电性能。这些协同效应使得在750 K时，B掺杂样品的zT值达到了1.3，相比未掺杂样品提升了三倍，展现出卓越的热电性能。

本研究提出的一步合成方法具有显著的优势。首先，它通过内置温度梯度效应，实现了对不同B和Y共掺杂浓度的快速合成，从而大幅减少了实验所需的合成时间。其次，这种方法避免了传统合成过程中可能引入的额外散射效应，确保了材料的成分均匀性和结构稳定性。此外，该方法还具有成本低、可扩展性强的特点，为大规模生产高性能n型Mg?Sb?基热电材料提供了新的途径。

在实际应用中，n型Mg?Sb?基热电材料因其在高温和近室温条件下的优异性能而备受关注。研究表明，这类材料在实际应用中已经实现了超过14%的最高转换效率，并且能够达到约90 K的最高制冷温度。这些性能使得其在废热回收、便携式制冷设备以及智能电子器件的热管理等方面展现出广阔的应用前景。

本研究不仅为热电材料的合成提供了新的思路，还为未来热电材料的高通量筛选和性能优化奠定了基础。通过一步合成方法，可以快速制备多种不同掺杂浓度的样品，从而更系统地评估不同掺杂策略对材料性能的影响。此外，这种方法的可重复性和可控性也为后续研究提供了可靠的实验平台。

为了验证该方法的有效性，研究团队对不同掺杂浓度的样品进行了系统的性能测试。结果表明，B掺杂不仅提高了材料的电性能，还显著降低了其热导率，从而在整体上提升了热电优值zT。这些发现为开发新型高性能热电材料提供了重要的理论支持和实验依据。同时，该方法的成功应用也表明，通过合理设计合成条件，可以实现对热电材料性能的精准调控。

本研究的创新点在于利用内置温度梯度效应，实现了对热电材料的高效合成。这种方法不仅提高了合成效率，还减少了实验误差，确保了材料性能的一致性。此外，通过共掺杂策略，研究团队能够同时优化材料的电子和热输运特性，从而实现更高的热电性能。这些成果对于推动热电材料的产业化和商业化具有重要意义。

未来的研究方向可以进一步探索不同掺杂元素对热电性能的影响，以及如何通过优化掺杂比例和合成条件来实现更优异的性能。同时，可以将这种一步合成方法应用于其他类型的热电材料，以拓展其应用范围。此外，研究团队还可以进一步探讨该方法在其他材料体系中的适用性，为热电材料的开发提供更多的可能性。

总之，本研究通过创新的一步合成方法，成功提升了n型Mg?Sb?基材料的热电性能。B和Y的共掺杂策略在调控载流子浓度和热导率方面表现出显著效果，使得材料的zT值在高温条件下得到了显著提升。这一成果不仅为热电材料的合成提供了新的思路，也为未来热电技术的实际应用奠定了坚实的基础。