Improving the thermoelectric properties of half-Heusler TiNiSn through inclusion of a second full-Heusler phase: microwave preparation and spark plasma sintering of TiNi1+xSn

文献情報

出版日 2013-04-04
DOI 10.1039/C3CP50918D
インパクトファクター 3.676
著者

Bethany R. Lettiere, Gareth Seward, Nisha Verma, Yichi Zhang


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要旨

Half-Heusler thermoelectrics offer the possibility to choose from a variety of non-toxic and earth-abundant elements. TiNiSn is of particular interest and – with its relatively high electrical conductivity and Seebeck coefficient – allows for optimization of its thermoelectric figure of merit, reaching values of up to 1 in heavily-doped and/or phase-segregated systems. In this contribution, we used an energy- and time-efficient process involving solid-state preparation in a commercial microwave oven and a fast consolidation technique, Spark Plasma Sintering, to prepare a series of Ni-rich TiNi1+xSn with small deviations from the half-Heusler composition. Spark Plasma Sintering plays an important role in the process by being a part of the synthesis of the material rather than solely a densification technique. Synchrotron powder X-ray diffraction and microprobe data confirm the presence of a secondary TiNi2Sn full-Heusler phase within the half-Heusler matrix. We observe a clear correlation between the amount of full-Heusler phase and the lattice thermal conductivity of the samples, resulting in decreasing total thermal conductivity with increasing TiNi2Sn fraction. This trend shows that phonons are scattered effectively as a result of the microstructure of the materials with full-Heusler inclusions in the size range of microns to tens of microns. The best performing samples with around 5% of TiNi2Sn phase exhibit maximum figures of merit of almost 0.6 between 750 K and 800 K which is an increase of ca. 35% compared to the zT of the parent compound TiNiSn.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

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