วัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกไททาเนียมนิกเกิลดีบุก (TiNiSn) ฮาร์ฟฮอยส์เลอร์ มีค่าไดเมนชันเลสฟิกเกอร์ออฟเมอริท ( ) ~0.3 ที่ช่วงอุณหภูมิ 600 – 800 เคลวิล อย่างไรก็ตาม ค่า ของโลหะ TiNiSn ยังมีค่าน้อยกว่าวัสดุเทอร์โมอิเล็กทริกบิสมัทเทลลูไรด์ (Bi2Te3) ซึ่งเป็นปัญหาของโลหะนี้ งานวิจัยนี้จึงเสนอการตรวจสอบเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับสมบัติอิเล็กทริกนิกและเทอร์โมอิเล็กทริกของโลหะ TiNiSn ฮาร์ฟฮอยส์เลอร์ ซึ่งประกอบด้วยการบกพร่องด้วยตัวเองของ TiNiSn และการเจือธาตุในตำแหน่งของ Ti และ Sn บน TiNiSn ตรวจสอบสมบัติอิเล็กทรอนิก เชิงความร้อน และเทอร์โมอิเล็กทริกภายใต้พื้นฐานทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นกับสมการการส่งผ่านของโบลทซ์มันน์ และแบบจำลองกึ่งฮาร์มอนิกของเดอบาย ผลการตรวจสอบพบว่า การบกพร่องด้วยตัวเองของ TiNiSn เปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของอิเล็กตรอนและเพิ่มประสิทธิภาพของเทอร์โมอิเล็กทริก การเจือโลหะทรานซิชันในตำแหน่งของ Ti สามารถปรับปรุงโครงสร้างและสมบัติเชิงความร้อน ยิ่งไปกว่านั้นยังลดสภาพนำความร้อนเชิงแลตทิซได้ นอกจากนี้การเจือร่วมโลหะทรานซิชันในตำแหน่งของ Ti และธาตุหมู่ 5A เจือในตำแหน่งของ Sn สามารถปรับปรุงโครงสร้างอิเล็กทรอนิกอย่างมีนัยสำคัญและทำให้ค่า เพิ่มร้อยละ 40 – 175
The maximum dimensionless figure of merit ( ) of TiNiSn half Heusler thermoelectric (TE) materials is ~0.3 at 600 – 800 K. However, the of TiNiSn alloy is still less than that of Bi2Te3–based TE materials, which is a problem for these alloys. This work presents a theoretical investigation on electronic and thermoelectric properties of TiNiSn-based half Heusler alloys. This investigation is composed of self-defects and elements doped at the Ti- and Sn-sites of TiNiSn. The electronic, thermal, and thermoelectric properties are investigated using density functional theory-based calculations, Boltzmann transport equation, and quasi-harmonic Debye model. The results show that self-defects affect the electron concentration and enhanced the TE performance. Doping transition metals (TM) at the Ti-site modified the structural and thermal properties, as well as reduced the lattice thermal conductivity. Codoping TM at the Ti-site and doping group 5A elements at the Sn-site significantly improved the power factor and the increased by 40 – 175%.
