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Fast Fabrication of High-Performance CoSb3-Based Thermoelectric Skutterudites via One-Step Yb-Promoted Peritectic Solidification
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2023-07-05 , DOI: 10.1002/adfm.202305269 Dou Li 1 , Xiao‐Lei Shi 2 , Zhenyu Feng 1 , Meng Li 2 , Jiaxi Zhu 1 , Xiao Ma 1 , Lili Zhang 1 , Hong Zhong 1 , Wei‐Di Liu 2, 3 , Shuangming Li 1 , Zhi‐Gang Chen 2
Advanced Functional Materials ( IF 18.5 ) Pub Date : 2023-07-05 , DOI: 10.1002/adfm.202305269 Dou Li 1 , Xiao‐Lei Shi 2 , Zhenyu Feng 1 , Meng Li 2 , Jiaxi Zhu 1 , Xiao Ma 1 , Lili Zhang 1 , Hong Zhong 1 , Wei‐Di Liu 2, 3 , Shuangming Li 1 , Zhi‐Gang Chen 2
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As a most promising mid-temperature thermoelectric material, CoSb3-based bulk material exhibits an applicable figure-of-merit (ZT) of more than one. However, their fabrication is historically time-consuming due to the long-time solid-state phase transitions from CoSb2 to CoSb3. To overcome this challenge, here, a fast one-step process is developed to fabricate n-type Yb-doped CoSb3 with stable ZT of 1.12 at 765 K in <5 h. Experiments confirm Yb promotes peritectic reactions of CoSb + Liquid → CoSb2 and CoSb2 + Liquid → CoSb3, optimizes power factor, and suppresses thermal conductivity. Moreover, the dense grains, induced by the one-step crystallization, result in outstanding mechanical properties with a Young's modulus of 171.4 GPa and a hardness of 8.8 GPa in the Yb-doped CoSb3. This study indicates that the fast one-step fabrication route can effectively promote the practical applications of CoSb3-based thermoelectrics and provide guidance for thermoelectric fabrication via rational phase design.
中文翻译：
通过一步 Yb 促进包晶凝固快速制备高性能 CoSb3 基热电方钴矿
作为一种最有前途的中温热电材料，CoSb 3基块体材料表现出大于1的适用品质因数（ZT ）。然而，由于从 CoSb 2到 CoSb 3的固态相变需要很长时间，它们的制造历来非常耗时。为了克服这一挑战，本文开发了一种快速一步法，可在 765 K 下于 5 小时内制造出稳定ZT为 1.12 的 n 型 Yb 掺杂 CoSb 3 。实验证实Yb促进CoSb+液体→CoSb 2和CoSb 2+液体→CoSb 3的包晶反应，优化功率因数，并抑制热导率。此外，一步结晶诱导的致密晶粒导致Yb掺杂CoSb 3 具有优异的机械性能，杨氏模量为171.4 GPa，硬度为8.8 GPa。这项研究表明，快速一步制备路线可以有效促进CoSb 3基热电材料的实际应用，并为通过合理的相设计来制备热电材料提供指导。
更新日期：2023-07-05
中文翻译：
通过一步 Yb 促进包晶凝固快速制备高性能 CoSb3 基热电方钴矿
作为一种最有前途的中温热电材料，CoSb 3基块体材料表现出大于1的适用品质因数（ZT ）。然而，由于从 CoSb 2到 CoSb 3的固态相变需要很长时间，它们的制造历来非常耗时。为了克服这一挑战，本文开发了一种快速一步法，可在 765 K 下于 5 小时内制造出稳定ZT为 1.12 的 n 型 Yb 掺杂 CoSb 3 。实验证实Yb促进CoSb+液体→CoSb 2和CoSb 2+液体→CoSb 3的包晶反应，优化功率因数，并抑制热导率。此外，一步结晶诱导的致密晶粒导致Yb掺杂CoSb 3 具有优异的机械性能，杨氏模量为171.4 GPa，硬度为8.8 GPa。这项研究表明，快速一步制备路线可以有效促进CoSb 3基热电材料的实际应用，并为通过合理的相设计来制备热电材料提供指导。
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