We report a half-Heusler (HH) derivative Ti9Ni7Sn8 with VEC = 17.25 to investigate the structural changes for the optimization of high thermoelectric performance. The structural analysis reveals that the resulting material is a nanocomposite of HH and full-Heusler with traces of Ti6Sn5 type-phase. Interestingly, present nanocomposite exhibits a significant decrease in thermal conductivity due to phonon scattering and improvement in the power factor due to combined effect of nanoinclusion-induced electron injection and electron scattering at interfaces, leading to a boost in the ZT value to 0.32 at 773 K, which is 60% higher than its bulk counterpart HH TiNiSn.
References
1.
V. V.
Romaka
, P.
Rogl
, L.
Romaka
, Y.
Stadnyk
, N.
Melnychenko
, A.
Grytsiv
, M.
Falmbigl
, and N.
Skryabina
, J. Solid State Chem.
197
, 103
(2013
).2.
D. B.
Xiong
, Y.
Zhao
, N. L.
Okamoto
, C.
Pietzonka
, T.
Waki
, and H.
Inui
, Inorg. Chem.
49
, 10536
(2010
).3.
L.
Offernes
, P.
Ravindran
, and A.
Kjekshus
, J. Alloys Compd.
439
, 37
(2007
).4.
R. A.
de Groot
, F. M.
Mueller
, P. G.
van Engen
, and K. H. J.
Buschow
, Phys. Rev. Lett.
50
, 2024
(1983
).5.
P. J.
Webster
and K. R. A.
Ziebeck
, Magnetic Properties of Metals and Alloys
(Springer-Verlag
, Berlin
, 1988
).6.
J.
Pierre
, R. V.
Skolozdra
, J.
Tobola
, S.
Kaprzyk
, C.
Hordequin
, M. A.
Kouacou
, I.
Karla
, R.
Currat
, and E.
Leliévre-Berna
, J. Alloys and Compd.
262–263
, 101
(1997
).7.
J.
Tobola
, S.
Kaprzyk
, R. V.
Skolozdra
, and M. A.
Kouacou
, J. Phys.: Condens. Matter
10
, 1013
(1998
).8.
F. G.
Aliev
, V. V.
Kozyrkov
, R. V.
Scolozdra
, and K.
Durczewski
, Z. Phys. B: Condens. Matter
80
, 353
(1990
).9.
S. R.
Culp
, S. J.
Poon
, N.
Hickman
, T. M.
Tritt
, and J.
Blumm
, Appl. Phys. Lett.
88
, 042106
(2006
).10.
A.
Bhardwaj
, D. K.
Misra
, J. J.
Pulikkotil
, S.
Auluck
, A.
Dhar
, and R. C.
Budhani
, Appl. Phys. Lett.
101
, 133103
(2012
).11.
A.
Bhardwaj
and D. K.
Misra
, J. Mater. Chem. A
2
, 20980
(2014
).12.
S.
Sakurada
and N.
Shutoh
, Appl. Phys. Lett.
86
, 082105
(2005
).13.
E.
Rausch
, B.
Balke
, S.
Ouardi
, and C.
Felser
, Phys. Chem. Chem. Phys.
16
, 25258
(2014
).14.
T.
Wu
, W.
Jiang
, X.
Li
, Y.
Zhou
, and L. D.
Chen
, J. Appl. Phys.
102
, 103705
(2007
).15.
S. R.
Culp
, J. W.
Simonson
, S. J.
Poon
, V.
Ponnambalam
, J.
Edwards
, and T. M.
Tritt
, Appl. Phys. Lett.
93
, 022105
(2008
).16.
X.
Yan
, G.
Joshi
, W. S.
Liu
, Y. C.
Lan
, H.
Wang
, S.
Lee
, J. W.
Simonson
, S. J.
Poon
, T. M.
Tritt
, G.
Chen
, and Z. F.
Ren
, Nano Lett.
11
, 556
(2011
).17.
S.
Sumithra
, N. J.
Takas
, D. K.
Misra
, W. M.
Nolting
, P. F. P.
Poudeu
, and K. L.
Stokes
, Adv. Energy Mater.
1
, 1141
(2011
).18.
K. F.
Hsu
, S.
Loo
, F.
Guo
, W.
Chen
, J. S.
Dyck
, C.
Uher
, T.
Hogan
, E. K.
Polychroniadis
, and M. G.
Kanatzidis
, Science
303
, 818
(2004
).19.
A.
Bhardwaj
and D. K.
Misra
, RSC Adv.
4
, 34552
(2014
).20.
G. J.
Snyder
, M.
Christensen
, E.
Nishibori
, T.
Caillat
, and B. B.
Iversen
, Nat. Mater.
3
, 458
(2004
).21.
A.
Bhardwaj
, A.
Rajput
, A. K.
Shukla
, J. J.
Pulikkotil
, A. K.
Srivastava
, A.
Dhar
, G.
Gupta
, S.
Auluck
, D. K.
Misra
, and R. C.
Budhani
, RSC Adv.
3
, 8504
(2013
).22.
L. D.
Hicks
and M. S.
Dresselhaus
, Phys. Rev. B
47
, 12727
(1993
).23.
G. J.
Snyder
and E. S.
Toberer
, Nat. Mater.
7
, 105
(2008
).24.
P.
Sahoo
, Y.
Liu
, J. P. A.
Makongo
, X. L.
Su
, S. J.
Kim
, N.
Takas
, H.
Chi
, C.
Uher
, X.
Pana
, and P. F. P.
Poudeu
, Nanoscale
5
, 9419
(2013
).25.
W. J.
Xie
, J.
He
, S.
Zhu
, X. L.
Su
, S. Y.
Wang
, T.
Holgate
, J. W.
Graff
, V.
Ponnambalam
, S. J.
Poon
, X. F.
Tang
, Q. J.
Zhang
, and T. M.
Tritt
, Acta Mater.
58
, 4705
(2010
).26.
Y.
Liu
, P.
Sahoo
, J. P. A.
Makongo
, X.
Zhou
, S. J.
Kim
, H.
Chi
, C.
Uher
, X.
Pan
, and P. F. P.
Poudeu
, J. Am. Chem. Soc.
135
, 7486
(2013
).27.
J. P. A.
Makongo
, D. K.
Misra
, X.
Zhou
, A.
Pant
, M. R.
Shabetai
, X.
Su
, C.
Uher
, K. L.
Stokes
, and P. F. P.
Poudeu
, J. Am. Chem. Soc.
133
, 18843
(2011
).28.
J. P.
Makongo
, D. K.
Misra
, J. R.
Salvador
, N. J.
Takas
, G.
Wang
, M. R.
Shabetai
, A.
Pant
, P.
Paudel
, C.
Uher
, K. L.
Stokes
, and P. F. P.
Poudeu
, J. Solid State Chem.
184
, 2948
(2011
).29.
J. E.
Douglas
, C. S.
Birkel
, M. S.
Miao
, C. J.
Torbet
, G. D.
Stucky
, T. S.
Pollock
, and R.
Seshadri
, Appl. Phys. Lett.
101
, 183902
(2012
).30.
R. A.
Downie
, D. A.
MacLaren
, and J.-W. G.
Bos
, J. Mater. Chem. A
2
, 6107
(2014
).31.
D. K.
Misra
, A.
Bhardwaj
, and S.
Singh
, J. Mater. Chem.
2
, 11913
(2014
).32.
Y. W.
Chai
and Y.
Kimura
, Appl. Phys. Lett.
100
, 033114
(2012
).33.
K.
Kirievsky
, Y.
Gelbstein
, and D.
Fuks
, J. Solid State Chem.
203
, 247
(2013
).34.
H.
Kitagawa
, M.
Wakatsuki
, H.
Nagaoka
, H.
Noguchi
, Y.
Isoda
, K.
Hasezaki
, and Y. J.
Noda
, Phys. Chem. Solids
66
, 1635
(2005
).35.
W. S.
Liu
, B. P.
Zhang
, J. F.
Li
, H. L.
Zhang
, and L. D.
Zhao
, J. Appl. Phys.
102
, 103717
(2007
).36.
S. V.
Faleev
and F.
Leonard
, Phys. Rev. B.
77
, 214304
(2008
).37.
J. M. O.
Zide
, J. H.
Bahk
, R.
Singh
, M.
Zebarjadi
, G.
Zeng
, K.
Esfarjani
, and A.
Shakouri
, J. Appl. Phys.
108
, 123702
(2010
).38.
J. L.
Mi
, X. B.
Zhao
, T. J.
Zhu
, and J. P.
Tu
, J. Phys. D: Appl. Phys.
41
, 205403
(2008
).39.
G. S.
Nolas
, J.
Sharp
, and H. J.
Goldsmid
, Thermoelectric
(Springer
, Berlin
, 2001
).40.
G. S.
Nolas
, M.
Kaeser
, R. T.
Littleton
, and T. M.
Tritt
, Appl. Phys. Lett.
77
, 1855
(2000
).41.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4914504 for scanning electron microscopy (SEM) investigation.
© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
