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Effects of Ta Substitution on the Microstructure and Transport Properties of Hf-Doped NbFeSb Half-Heusler Thermoelectric Materials

Farahi, Nader und Stiewe, Christian und Truong, Dao Y Nhi und Shi, Yixuan und Salamon, Soma und Landers, Joachim und Eggert, Benedikt und Wende, Heiko und de Boor, Johannes und Kleinke, Holger und Müller, Eckhard (2019) Effects of Ta Substitution on the Microstructure and Transport Properties of Hf-Doped NbFeSb Half-Heusler Thermoelectric Materials. ACS Applied Energy Materials. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsaem.9b01711. ISSN 2574-0962.

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Kurzfassung

This investigation demonstrates the effect of partial substitutions of Nb by refractory Ta on the microstructure and thermoelectric properties of Hf-doped NbFeSb materials. All the synthesized samples show a heavily doped semiconducting character with the electrical conductivity higher than 3500 Ω–1 cm–1 at 326 K. Furthermore, the samples containing Ta display consistently lower (∼10–13%) thermal conductivity of ∼7 W m–1 K–1 at 350 K compared to a value of ∼8 W m–1 K–1 at the same temperature for the nonsubstituted sample. The vivid impact of Ta substitutions on reducing the lattice thermal conductivity of NbFeSb based materials is chiefly due to the lattice disorder originating from the mass difference between Ta and Nb atoms, resulting in ∼28% reduction in lattice thermal conductivity of the Nb0.73Hf0.12Ta0.15FeSb sample at 350 K compared to the nonsubstituted sample. The results of our Mößbauer spectroscopy measurements exclude the possibility of mixed Fe occupancies. Although magnetic properties were not strongly modified by the Ta substitution, Nb0.83Hf0.12Ta0.05FeSb shows a magnetic phase transition at ∼150 K, which is not observed in Nb0.88Hf0.12FeSb. This could be caused by extrinsic defects and microstructure induced by Ta addition. All samples exhibit a similar maximum dimensionless figure of merit value, zTmax, of ∼0.75 at 800 K, which is comparable to the high efficiency materials previously reported in this system and makes them potential candidates to be utilized as p-type legs in half-Heusler based thermoelectric generators (TEG).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/130632/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Effects of Ta Substitution on the Microstructure and Transport Properties of Hf-Doped NbFeSb Half-Heusler Thermoelectric Materials
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Farahi, Nadergerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stiewe, ChristianGerman aerospace center, Institute of materials research, Köln, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1895-9258NICHT SPEZIFIZIERT
Truong, Dao Y NhiGerman Aerospace Center, Institute of Materials Research, Köln, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shi, YixuanDepartment of Chemistry and Waterloo Institute for Nanotechnology, University of Waterloo, Waterloo, Ontario N2L 3G1, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Salamon, SomaFaculty of Physics and Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), University of Duisburg-Essen, Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Landers, JoachimFaculty of Physics and Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), University of Duisburg-Essen, Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Eggert, BenediktFaculty of Physics and Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CENIDE), University of Duisburg-Essen, Lotharstr. 1, 47057 Duisburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wende, HeikoNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
de Boor, Johannesgerman aerospace center, institute of materials research, köln, germanyhttps://orcid.org/0000-0002-1868-3167NICHT SPEZIFIZIERT
Kleinke, HolgerDepartment of Chemistry and Waterloo Institute for Nanotechnology, University of Waterloo, Waterloo, CanadaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, EckhardGerman aerospace center, Institute of materials research, Köln, Germany and Institute for inorganic and analytical chemistry, Justus-Liebig-Universität Gießen, Heinrich-Buff-Ring 58, 35392 Gießen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 November 2019
Erschienen in:ACS Applied Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1021/acsaem.9b01711
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2574-0962
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Thermoelectric; half-Heusler; antimonide; alloying; doping
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - NGC Antriebssystem und Energiemanagement (alt)
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Thermoelektrische Materialien und Systeme
Hinterlegt von: Yasseri, Mohammad
Hinterlegt am:15 Nov 2019 15:21
Letzte Änderung:31 Okt 2023 13:43

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