効率的な熱電を実現する新しいハイブリッド材料 (New hybrid materials as efficient thermoelectrics)

2025-04-17 オーストリア・ウィーン工科大学(TU WIEN)

ウィーン工科大学のFabian Garmroudi氏らの国際研究チームは、熱電変換効率を従来比で100%以上向上させる新しいハイブリッド材料を開発しました。鉄・バナジウム・タンタル・アルミニウム合金(Fe₂V₀.₉₅Ta₀.₁Al₀.₉₅)とビスマス・アンチモン合金(Bi₀.₉Sb₀.₁)の粉末を高温・高圧で圧縮し、結晶界面にBiSb相を形成。両材料の格子構造が異なるため熱の伝達が抑制され、BiSbのトポロジカル絶縁体特性により界面での電荷移動が加速されました。この「熱と電荷の輸送の分離」により、エネルギー変換効率が大幅に向上。従来のビスマステルル化物より安価かつ安定で、IoTセンサー等への応用が期待されます。

<関連情報>

トポロジカル絶縁体粒界ネットワークを有するFe2VAl複合熱電材料における電荷と熱の輸送の分離 Decoupled charge and heat transport in Fe2VAl composite thermoelectrics with topological-insulating grain boundary networks

Fabian Garmroudi,Illia Serhiienko,Michael Parzer,Sanyukta Ghosh,Pawel Ziolkowski,Gregor Oppitz,Hieu Duy Nguyen,Cédric Bourgès,Yuya Hattori,Alexander Riss,Sebastian Steyrer,Gerda Rogl,Peter Rogl,Erhard Schafler,Naoyuki Kawamoto,Eckhard Müller,Ernst Bauer,Johannes de Boor & Takao Mori
Nature Communications  Published:26 March 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-57250-6

効率的な熱電を実現する新しいハイブリッド材料 (New hybrid materials as efficient thermoelectrics)

Abstract

Decoupling charge and heat transport is essential for optimizing thermoelectric materials. Strategies to inhibit lattice-driven heat transport, however, also compromise carrier mobility, limiting the performance of most thermoelectrics, including Fe2VAl Heusler compounds. Here, we demonstrate an innovative approach, which bypasses this tradeoff: via liquid-phase sintering, we incorporate the archetypal topological insulator Bi1−xSbx between Fe2V0.95Ta0.1Al0.95 grains. Structural investigations alongside extensive thermoelectric and magneto-transport measurements reveal distinct modifications in the microstructure, a reduced lattice thermal conductivity and a simultaneously enhanced carrier mobility arising from topologically protected charge transport along the grain boundaries. This yields a huge performance boost, resulting in one of the highest figure of merits among both half- and full-Heusler compounds, z ≈ 1.6 × 10−3 K−1 (zT ≈ 0.5) at 295 K. Our findings highlight the potential of topological-insulating secondary phases to decouple charge and heat transport and call for more advanced theoretical studies of multiphase composites.

0505化学装置及び設備
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました