Abstract As a promising mid-temperature thermoelectric material, GeTe-based alloys have been intensively studied recently. Besides high figure of merit (ZT), good service stability is also significant for the practical applications of thermoelectric materials, which is especially a challenge for GeTe-based alloys having phase-transition behaviors. In this work, we have demonstrated a MgB2-alloying strategy to simultaneously enhance the mechanical and thermoelectric performance of GeTe-based alloys, owing to the tuning of chemical bonding. The negative coefficient of thermal expansion (CTE) of GeTe near the phase-transition temperature can be fully eliminated through co-alloying of Sb and MgB2. The enhancement of compressive strength and hardness by MgB2 alloying can be mainly ascribed to the solid-solution effect and the tuning of grain structures. Moreover, the Mg-substitution induced delocalization of electrons and modulation of band structures can facilitate the transport of charge carriers. Combining these MgB2-alloying effects, we can obtain (Ge0.9Sb0.1Te)1-x(MgB2)x samples with a peak ZT of 1.92 at 773 K and average ZT of 1.1 within 300–773 K, smooth CTE in the whole working temperatures, high compressive strength of ∼271 MPa and Vickers hardness of ∼236 Hv. The chemical-bonding mechanism developed in this work should also be potential for enhancing the overall performance of other thermoelectric materials.

中文翻译：

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通过 MgB2 合金化调整 GeTe 基合金的化学键合以同时提高其机械和热电性能

摘要 GeTe基合金作为一种很有前途的中温热电材料，近年来得到了广泛的研究。除了高品质因数（ZT）外，良好的使用稳定性对于热电材料的实际应用也很重要，这对于具有相变行为的 GeTe 基合金尤其是一个挑战。在这项工作中，我们展示了一种 MgB2 合金化策略，由于化学键的调整，可以同时增强 GeTe 基合金的机械和热电性能。GeTe 在相变温度附近的负热膨胀系数 (CTE) 可以通过 Sb 和 MgB2 的共合金完全消除。MgB2合金化对抗压强度和硬度的提高主要归因于固溶效应和晶粒结构的调整。此外，Mg 取代引起的电子离域和能带结构的调制可以促进电荷载流子的传输。结合这些 MgB2 合金化效应，我们可以获得 (Ge0.9Sb0.1Te)1-x(MgB2)x 样品，其峰值 ZT 在 773 K 为 1.92，平均 ZT 在 300-773 K 范围内为 1.1，整体 CTE 平滑工作温度、~271 MPa 的高抗压强度和~236 Hv 的维氏硬度。在这项工作中开发的化学键合机制也应该有可能提高其他热电材料的整体性能。在 773 K 下为 92，在 300-773 K 范围内平均 ZT 为 1.1，在整个工作温度下的 CTE 光滑，抗压强度为~271 MPa，维氏硬度为~236 Hv。在这项工作中开发的化学键合机制也应该有可能提高其他热电材料的整体性能。在 773 K 下为 92，在 300-773 K 范围内平均 ZT 为 1.1，在整个工作温度下的 CTE 光滑，抗压强度为~271 MPa，维氏硬度为~236 Hv。在这项工作中开发的化学键合机制也应该有可能提高其他热电材料的整体性能。