JF
Jing Feng
Author with expertise in Thermoelectric Materials
Achievements
Cited Author
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
19
(37% Open Access)
Cited by:
2,511
h-index:
61
/
i10-index:
263
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Electronic structure, mechanical properties and thermal conductivity of Ln2Zr2O7 (Ln=La, Pr, Nd, Sm, Eu and Gd) pyrochlore

Jing Feng et al.Dec 20, 2010
The electronic structure, chemical bonding and mechanical properties of Ln2Zr2O7 (Ln = La, Pr, Nd, Sm, Eu and Gd) pyrochlore are investigated by local-density approximation of spin polarized scheme + U calculations (U is the Hubbard energy) and further verified by the experimental results. Ln2Zr2O7 compounds are wide band gap insulators, and this is consistent with the experiment results. The calculated spin polarized density of states of them indicates that they are in a ferromagnetic state and the magnetic moment is mainly attributed to the 4f shell of the Ln atoms. For the chemical bonds in the Ln2Zr2O7 crystals, the O–Zr bond is stronger than the O–Ln bond. The hardness, elastic constants, bulk modulus, shear modulus, Young’s modulus and Poisson’s ratio of Ln2Zr2O7 compounds are investigated and the theoretical values are in good agreement with the experiments. The mechanical anisotropic properties are discussed using Zener’s indexes and universal elastic anisotropic index (AU). The sound velocities along [1 0 0], [1 1 0] and [1 1 1] directions are calculated for each Ln2Zr2O7 crystal. The thermal conductivities of Ln2Zr2O7 compounds are evaluated and the obtained thermal conductivity of Ln2Zr2O7 is lower than that of yttria-stabilized zirconia, indicating that they could be good low thermally conductive materials at high temperature.
0

Progress in ceramic materials and structure design toward advanced thermal barrier coatings

Zhi-Yuan Wei et al.Jul 1, 2022
Abstract Thermal barrier coatings (TBCs) can effectively protect the alloy substrate of hot components in aeroengines or land-based gas turbines by the thermal insulation and corrosion/erosion resistance of the ceramic top coat. However, the continuous pursuit of a higher operating temperature leads to degradation, delamination, and premature failure of the top coat. Both new ceramic materials and new coating structures must be developed to meet the demand for future advanced TBC systems. In this paper, the latest progress of some new ceramic materials is first reviewed. Then, a comprehensive spalling mechanism of the ceramic top coat is summarized to understand the dependence of lifetime on various factors such as oxidation scale growth, ceramic sintering, erosion, and calcium-magnesium-aluminium-silicate (CMAS) molten salt corrosion. Finally, new structural design methods for high-performance TBCs are discussed from the perspectives of lamellar, columnar, and nanostructure inclusions. The latest developments of ceramic top coat will be presented in terms of material selection, structural design, and failure mechanism, and the comprehensive guidance will be provided for the development of next-generation advanced TBCs with higher temperature resistance, better thermal insulation, and longer lifetime.
0

Suppressing the oxygen-ionic conductivity and promoting the phase stability of the high-entropy rare earth niobates via Ta substitution

Mengdi Gan et al.May 27, 2024
Improving and optimizing the target properties of ceramics via the high entropy strategy has attracted significant attention. Rare earth niobate is a potential thermal barrier coating (TBCs) material, but its poor high-temperature phase stability limits its further application. In this work, four sets of TBCs high-entropy ceramics, (Sm1/5Dy1/5Ho1/5Er1/5Yb1/5)(Nb1/2Ta1/2)O4 (5NbTa), (Sm1/6Dy1/6Ho1/6Er1/6Yb1/6Lu1/6)(Nb1/2Ta1/2)O4 (6NbTa), (Sm1/7Gd1/7Dy1/7Ho1/7Er1/7Yb1/7Lu1/7)(Nb1/2Ta1/2)O4 (7NbTa), (Sm1/8Gd1/8Dy1/8Ho1/8Er1/8Tm1/8Yb1/8Lu1/8) (Nb1/2Ta1/2)O4 (8NbTa) are synthesized using a solid-state reaction method at 1650°C for 6 h. Firstly, the X-ray diffractometer (XRD) patterns display that the samples are all single-phase solid solution structures (space group C2/c). Differential scanning calorimetry (DSC) and the high-temperature XRD of 8NbTa cross-check that the addition of Ta element in 8HERN increases the phase transition temperature above 1400°C, which can be attributed to that the Ta/Nb co-doping at B site introduces the fluctuation of the bond strength of Ta-O and Nb-O. Secondly, compared to high-entropy rare-earth niobates, the introduction of Ta atoms at B site substantially reduce thermal conductivity (reduced by 44%, 800°C) with the seven components high entropy ceramic as an example. The low thermal conductivity means strong phonon scattering, which may originate from the softening acoustic mode and flattened phonon dispersion in 5–8 principal element high entropy rare earth niobium tantalates (5–8NbTa) revealed by the first-principles calculations. Thirdly, the Ta/Nb co-doping in 5–8NbTa systems can further optimize the insulation performance of oxygen ions. The oxygen-ion conductivity of 8NbTa (3.31 × 10−6 S cm−1, 900°C) is about 5 times lower than that of 8HERN (15.8 × 10−6 S cm−1, 900°C) because of the sluggish diffusion effect, providing better oxygen barrier capacity in 5–8NbTa systems to inhibit the overgrowth of the thermal growth oxide (TGO) of TBCs. In addition, influenced by lattice distortion and solid solution strengthening, the samples possess higher hardness (7.51–8.15 GPa) and TECs (9.78 × 10−6 K−1–10.78 × 10−6 K−1, 1500°C) than the single rare-earth niobates and tantalates. Based on their excellent overall properties, it is considered that 5–8NbTa can be used as auspicious TBCs.
0

Engineering design of feedstock powder and relevant thermal–mechanical performance of thermal/environmental barrier coatings

Xinchang Feng et al.Jan 1, 2025
Developing high thrust-weight ratio of aero-engine poses great challenges to current top coat of thermal barrier coatings (TBCs) and environmental barrier coatings (EBCs) in service. Medium/high-entropy ceramics are highly promising candidate materials for advanced T/EBCs owing to their low thermal conductivity, high melting point, high-temperature stability and CMAS resistance. Most of feedstock powders used for medium/high-entropy T/EBCs are prepared by using traditional spray drying, which cannot give full play to the advantages of the multi-component ceramics. The density, sphericity, inner structure and flowability of feedstock powders affect its melting state during thermal spraying process, which strongly determine microstructure and properties of deposited coatings. Therefore, the deposited coatings show phase segregation, amorphous phases, and microstructure defects, owing to unpredictable variation of feedstock powders with random morphology and structure. Here, the structure and properties of feedstock powders prepared by the by the state-of-the-art granulation technologies, and their influences on the deposited coatings were systematically investigated, which can provide guidance for configuration optimization of feedstock powders and the manufacturing accuracy of the deposited coating. This review is aim to bridge the gap between cutting-edge ceramics and advanced engineering technologies, thus providing concrete background knowledge and crucial guidelines for designing and developing T/EBCs.
0

Ultralow Lattice Thermal Conductivity and High ZT Beyond 1 Realized in Bi2S3 Nanocomposites via Bottom‐Up Structure Design

Zeyuan Yang et al.Dec 5, 2024
Abstract Bismuth sulfides (Bi 2 S 3 ), an n‐type thermoelectric material, in expensive, and environmentally friendly. However, it has poor electrical conductivity due to its low electron concentration, and its thermoelectric properties need improvement. By adjusting the properties of microstructural units and then designing and preparing bulk materials, the transport properties are modulated to optimize thermoelectric properties. The textured structure and metal Bi dispersed in grain boundaries improved the carrier mobility, the Cl dopingimproved carrier concentration. The textured structure and metalBi dispersed in grain boundaries improved the carrier mobility, the Cl dopingimproved carrier concentration. The Bi 2 S 3 ‐Cl samples reduce using N 2 H 4 ·H 2 O for 5 min at 673 K have a peak power factor (PF) reaching 676.6 µWm −1 K −2 , more than 6 times that of pristine Bi 2 S 3 . Furthermore, the point defects, dislocations, and the micropores caused by a part of Bivolatilization contribute to the strong phonon scattering, resulting in a low lattice thermal conductivity of 0.28 Wm −1 K −1 at 623K. Due to the synergistically optimized electrical and thermal transport properties, the values of the maximum thermoelectric figure of merit ( ZT max ) and the average thermoelectric figure of merit ( ZT ave ) for the Bi 2 S 3 ‐Cl samples reduce using N 2 H 4 ·H 2 O for 5 min are 1.01 at ≈673 K and 0.63 (323–673 K), respectively. This study demonstrates that bottom‐up structure design can effectively strategize the improvement of thermoelectric performance.
Load More