东京科学大学 HAXPES在春天-8
信用:高崎博士 在寻找日益恶化的环境问题(如化石燃料枯竭和气候变化)的解决方案的过程中，许多人转向热电材料发电的潜力
这些材料表现出所谓的热电效应，当材料两侧存在温度梯度时，就会产生电压差
这种现象可以利用人类活动产生的大量废热发电，例如汽车和火力发电厂产生的废热，从而提供一种生态友好的替代方案来满足我们的能源需求
硅化镁(Mg2Si)是一种特别有前途的热电材料，具有很高的“品质因数”(ZT)——衡量其转换性能的指标
尽管科学家此前指出，掺杂少量杂质的Mg2Si通过增加其电导率和降低其热导率来改善其ZT效应，但这些变化背后的潜在机制迄今仍不为人所知
在最近发表在《应用物理快报》上的一篇专题文章中，来自东京科学大学(TUS)、日本同步辐射研究所(日本同步辐射研究所)和日本岛根大学(Shimane University)的科学家联手揭开掺锑Mg2Si性能提高背后的秘密
医生
来自TUS的Masato Kotsugi是该项研究的相应作者，他解释了他们的动机:“虽然已经发现锑杂质增加了Mg2Si的ZT，但导致这种效应的局部结构和电子状态的变化还没有通过实验得到阐明
这些信息对于理解热电性能背后的机理和改进下一代热电材料至关重要
" 但是他们怎么能在原子水平上分析Sb杂质对Mg2Si的影响呢？答案在于扩展的x光吸收精细结构分析和硬x光电子能谱学
该研究的第一作者高崎正藤和小野友之先生解释说:“EXAFS使我们能够识别受激原子周围的局部结构，并且对材料中的稀释元素(杂质)具有很强的敏感性，这可以通过荧光测量来精确识别
另一方面，HAXPES让我们可以直接研究材料内部深处的电子状态，而不会受到表面氧化的不良影响
然而，这种强有力的技术并不是用一般的设备来实现的
这些实验是在SPring-8上进行的，SPring-8是世界上最重要的大型x光同步辐射设备之一
安井明和博士
来自JASRI的Kiyofumi Nitta
科学家们用理论计算来补充这些实验方法，以阐明Mg2Si中杂质的确切作用
这些理论计算是由Dr
岛根大学的内奥米·平山
“理论计算和实验相结合是我们研究的独特结果，”她说
科学家发现锑原子取代了Mg2Si晶格中的硅原子，并在原子间距离上引入了轻微的扭曲
这可能会促进一种被称为声子散射的现象，这种现象会降低材料的热导率，进而增加其ZT
此外，由于锑原子比硅多含一个价电子，它们有效地提供了额外的电荷载流子，桥接了价带和导带之间的间隙；换句话说，锑杂质释放能量状态，减缓电子循环所需的能量跳跃
结果，掺杂Mg2Si的电导率增加，其ZT也增加
这项研究极大地加深了我们对热电材料中掺杂的理解，其结果应作为创新材料工程的指南
医生
这项研究的首席科学家高桥努·伊达说:“在我对未来的设想中，汽车产生的废热可以有效地转化为电能，为环境友好型社会提供动力
“幸运的是，我们可能离实现这个梦想又近了一步
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