Ga、K双掺杂P型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3材料的制备及热电性能

采用真空熔炼和热压方法制备了Ga和K双掺杂Bi0.5Sb1.5Te3热电材料。XRD结果表明,Ga0.02Bi0.5Sb1.48-x Kx Te3块体材料的XRD图谱与Bi0.5Sb1.5Te3的XRD图谱对应一致,但双掺杂样品的衍射峰略微向左偏移。热压块体材料中存在明显的(00l)晶面择优取向。SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。Ga和K双掺杂可使Bi0.5Sb1.5Te3在室温附近的Seebeck系数有一定的提高,而双掺杂样品的电导率均得到了不同程度的提高,其中Ga0.02Bi0.5Sb1.42K0.06Te3样品的电导率得到较明显的改善。在300~500 K测量温度范围内,所有双掺杂样品的热导率高于Bi0.5Sb1.5Te3的热导率,在300 K附近双掺杂样品的ZT值得到提高,其中Ga0.02Bi0.5Sb1.42K0.06Te3样品在300 K时ZT值达到1.5。     

SPS法制备n-型Ag掺杂四元Ag-Bi-Se-Te 合金及其热电性能

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备Ag掺杂四元Ag-Bi-Se-Te合金,并分析研究其热电性能.结果表明:掺杂Ag后,合金AgxBi(2-x)Se0.3Te2.7(x=0.005～0.04)的Seebeck系数均为负值,说明材料属于n-型半导体;当温度大约在428.0K时,x=0.04合金的Seebeck系数绝对值(|a|)出现最大值,其值为1.80×10-4V·K-1,比三元合金Bi2Se0.3Te2.7的最大值增大约16%;材料电导率随Ag含量的增加而下降.如果采用相同方法制备且成分按(Bi2Te3)0.9-(Bi2-xAgxSe3)0.1(x=0～0.4)设计的材料热扩散系数进行估算,当温度在477.0 K时,合金AgxBi(2-x)Se0.3Te2.7(x=0.04)的ZT值出现最大值,其值为0.75,比典型三元合金Bi2Se0.3Te2.7的最大值增大约0.09.     

退火对高压烧结Gd掺杂Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)纳米晶热电性能的影响

以Bi粉、Te粉、Se粉、Sb I3粉、Gd粉为原料,用高压烧结法制备了Gd掺杂的n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料,对制备的样品分别在573、603、633 K真空退火36 h。用粉末XRD和FE-SEM研究了样品的物相及显微形貌;在298~473K范围内测定了样品的热电性能。建立了Bi2Te3基材料的禁带宽度与压力和体积的近似关系式,利用此关系式较好解释了高压烧结样品在退火前后热电性能的变化特性。研究结果表明制备的样品在退火前后均为纳米结构。高压烧结和Gd掺杂使样品晶胞尺寸变大,禁带宽度减小。退火使高压烧结样品的电导率提高,塞贝克系数增大,热导率降低。样品于633 K退火36 h后具有较好的热电性能,在423 K时其ZT达到最大值为0.74。     

真空熔炼及热压烧结制备Na掺杂Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料的微结构研究

采用真空熔炼/研磨技术制备NaxBi2-xTe2.7Se0.3(x=0,0.02,0.04,0.06)热电材料粉末,利用热压烧结法制备块体样品。通过XRD和SEM对该材料的物相成分和断面形貌进行表征。结果表明:在适当的范围内掺杂Na元素及真空熔炼和热压烧结均不会改变合金的物相,仍为单相Bi2Te2.7Se0.3合金。真空熔炼及热压烧结制备的NaxBi2-xTe2.7Se0.3块体热电材料呈具有一定取向的层状结构、少许的孔隙分布以及结构不均匀性等一系列特征;随Na掺入量的增加,取向程度增大,孔隙数量减少,结构均匀性提高。     

真空熔炼及热压烧结制备Bi2Te2.7Se0.3热电材料的微结构研究

采用真空熔炼制备了三元Bi2Te2.7Se0.3合金材料,再利用热压烧结法烧结成型,用XRD和SEM对材料物相成分和形貌进行了表征。结果表明,Bi、Te、Se单质粉末经真空熔炼形成了单相Bi2Te2.7Se0.3合金,热压烧结过程中未发生相变反应,热压烧结后仍为单相Bi2Te2.7Se0.3;热压烧结后热电材料在微观结构上存在各向异性,沿垂直于压力方向产生优化取向,沿(0001)面的解理断裂局限在单颗晶粒的尺寸范围,这预示着能够在增强材料力学性能的同时提高热电性能。     

单晶Bi_2Te_(3-x)Se_x合金的鉴定与表征（英文）

研究基于Bi2Te3合金的n型半导体的实验制备。该材料可用于制备热电散热器和发电设备。采用Czochralski法制备Bi2Te2.88Se0.12固溶单晶体。采用电子显微镜研究样品的组织变化。利用EDS分析实验合金的成分,并确立化合物的经验分子式。XRD表明Bi2Te2.88Se0.12样品为具有斜方六面体结构的单晶。利用差热分析研究合金的加热行为。利用热重分析研究材料的物理和化学性能随温度的变化。从XRD分析得到的Bi2Te2.88Se0.12晶格参数与Bi2Te3的非常相近,表明只有少部分Te被Se取代。所得的单晶的比电导率和比热导率与已有数据相符。所得维氏显微硬度为HV 187~39.02,且随着载荷增加,硬度降低。结果表明可以采用红外热成像法对热电元件和模块进行表征。     

Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料的微观结构与热电性能EI北大核心CSCD

采用合金设计、真空熔炼、快速凝固、球磨制粉、冷压成形和常压烧结工艺,制备了Cu、S掺杂的n型Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料,采用XRD、SEM和ZEM-3热电测试系统等表征热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能,研究Cu、S掺杂的n型Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料热电性能机理。结果表明:Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料晶体结构为R-3m空间群斜方晶系的六面体层状结构;掺杂Cu的Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料,形成Cui间隙缺陷和Bi′Te反位缺陷,随着载流子(电子)浓度增加,载流子迁移率降低,电导率显著增大;掺杂S的Bi_(2)Te_(2.62-z)SzSe_(0.3)热电材料,生成化学键健能较Bi-Te强的Bi-S,抑制反位缺陷Bi′Te形成,少数(空穴)载流子浓度减小,同时增强声子对声子散射和点缺陷对声子散射,从而使晶格热导率和双极扩散热导率降低,总热导率明显降低,抑制塞贝克系数的减少;Cu、S共掺杂的协同作用,n型Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62-z)SzSe_(0.3)热电材料电导率增大,而热导率基本不变,由此ZT值和功率因子显著提高;在300~400 K温度范围内,Cu_(0.03)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)的电导率约为7.0×10^(4)S/m,塞贝克系数约为220μV/K,功率因子约为2.4 m W/(m·K^(2)),热电优值(ZT值)约为1.0。Cu_(0.03)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料可广泛应用于低温尤其室温条件下的热电制冷器件和温差发电电池。     

Bi_2Te_(2.55)Se_(0.45)合金熔体电阻率及凝固与熔体状态相关性的探索

探索了Bi2Te2.55Se0.45热电材料熔体的电阻率温度行为,并在此基础上,采用热分析法、金相分析、X射线衍射、SEM和EDS等表征手段研究了不同熔体状态对Bi2Te2.55Se0.45合金凝固行为和组织的影响。结果所示,Bi2Te2.55Se0.45合金熔体升温过程中在840~940℃的范围内存在温度诱导不可逆液-液结构转变。凝固结果表明,熔体结构转变后合金熔体的凝固行为和组织与转变前熔体的凝固情况有明显差别,如形核和生长过冷度分别增加了17.6℃和2.2℃,形核率明显提高,凝固时间缩短了8 s,凝固组织明显细化,且分布更为均匀;此外,熔体状态的改变使合金XRD特征峰向高角度偏移,沿(00l)晶面的择优取向明显减弱。     

Bi_2Te_3和Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3的机械合金化法制备及其热电性能

用机械合金法制备了Bi2 Te3和Bi0 .5Sb1 .5Te3两种热电材料。XRD分析表明两种材料分别在球磨 1 75h和 31 5h后完全合金化。机械合金化合金粉末冷压后在不同温度烧结并测量了热电性能 ,其中Bi0 .5Sb1 .5Te3材料480℃烧结样的最高Seebeck系数约为 2 0 0 μV/K。     

SPS法制备的赝二元合金（Ga2Te3）x-（Bi0．5Sb1．5Te3）1-x（x=0～0．2）电学性能

采用放电等离子烧结（SPS）方法制备了赝二元合金（Ga2Te3）（Bi0.5Sb1.5Te3）1-x（x=0—0．2），并研究其电学性能。结果表明，在318K时（Ga2Te3）x-（Bi0.5Sb1.5Te3）1-x（x=0．1）合金的电导率为3．7×10^4Ω^-1·m^-1，是三元合金Bi0.5Sb1.5Te3的2倍，而Seebeck系数没有明显下降。从所测得的a和σ值可知，赝二元（Ga2Te3）x-（Bi0.5Sb1.5Te3）1-x（x=0．1）合金的功率因子最大，为2．1×10^-3（W·K^-2·m^-1），是三元Bi0.5Sb1.5Te3合金的1．5倍。     

添加Sb的Ga2Te3合金热电性能

本研究采用等摩尔分数的Sb元素替换Ga2Te3中的Ga元素,并利用放电等离子烧结技术制备Ga1.9Sb0.1Te3合金,研究其微观结构和热电性能。结果表明,添加Sb元素后,材料的Seebeck系数为130～240μV/K,明显低于单晶Ga2Te3,电导率为3600～1740??1·m?1,至少是单晶Ga2Te3的17倍,热导率提高近25%。在649K时Ga1.9Sb0.1Te3合金的热电优值(ZT)达到最大值0.1,是同温度下单晶Ga2Te3ZT值的3倍。     

Bi-Te基热电材料的研究进展

阐述了Bi2Te3热电材料的基本特性，评述了Se，TeL4，SiC，RE（La，Ce等）的掺杂对BiTe材料热电性能的影响，以及国内外掺杂Bi—Te基热电材料的研究进展。介绍了Bi—Te基合金的制备技术的发展。最后指出通过材料的结构优化、组分调整及制备技术的改进，可以进一步提高材料的热电性能，得到理想的热电优值。     

SPS法制备AgSb1-xGaxTe2(x=0~0.2)的微结构和热电性能

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了AgSb1-xGaxTe2 (x=0～0.2),并研究其微结构和热电性能.结果表明:AgSb1-xGaxTe2具有与AgSbTe2相同的晶体结构,并形成了第二相AgGaTe2;掺Ga后,合金的Seebeck系数高于未掺Ga的参照样品AgSbTe2,热导率也低于AgSbTe2;在375 K时,摩尔分数x为0.1的合金AgSb0.9Ga0.1Te2的最大ZT值达到0.29,比AgSbTe2约高0.08.     

AgI掺杂量对n型Bi2Te2.85Se0.15材料热电性能的影响

采用机械合金化(MA)结合热压烧结(HP)技术制备了n型Bi2 Te2.85Se0.15热电材料,在常温下测量了电阻率(ρ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)等热电性能参数,考察了掺杂剂AgI的含量(质量百分比分别为0,0.1,0.2,0.3和0.4％)对材料热电性能的影响.结果表明:试样的电阻率和塞贝克系数的绝对值均随AgI掺杂量的提高而增大,热导率则随AgI掺杂量的提高而大幅降低,在AgI掺杂量为0.2％(质量)时有最大热电优值,为2.0×10-3/K.     

La2Mo2O9系新型氧离子导体中氧空位扩散的内耗与介电弛豫研究

报道了用内耗和介电弛豫方法研究新型氧离子导体La2-xAxMo2O9(其中，A=Ca，Bi，K；x=0-0.3)的最新结果，结果表明，在内耗-温度谱和介电损耗-温度谱上出现了两个与氧空位短程扩散有关的内耗峰和介电弛豫峰，说明氧空位扩散至少有两个不等同的弛豫过程．掺杂后，两弛豫峰都移向高温，氧空位的扩散激活能增加，高温弛豫峰高度降低而低温弛豫峰略有升高．在适当的掺杂条件下(30％Ca，5％Bi或5％K)，低温下的电导率都有不同程度的提高．根据实验结果和晶体结构提出了氧空位(或离子)扩散的物理图像．     

Lifshitz topological impurity transitions in bismuth wires doped with acceptor and donor impurities

This paper reports the results of an experimental study of electronic topological transitions in bismuth glass-covered wires doped with acceptor (Sn) and donor (Te) impurities. The temperature dependences of the thermoelectric power and resistance are measured within the temperature range from 1.5 to 300 K and magnetic fields up to 14T. The position of the Fermi level ε_F and the concentration of charge carriers at doping are estimated from the Shubnikov de Haas (SdH) oscillations which are clearly visible from both L electrons and L and T holes in all crystallographic directions. We demonstrate anomalies in the temperature dependences of the thermopower in Bi wires doped with acceptor (Sn) and donor (Te) impurities in the form of a triple (doping by Sn) and double (doping by Te) change in the sign of the thermopower. The effect is interpreted with relation to the manifestation of impurity Lifshitz topological transitions. The SdH oscillation method was used to determine the energy position of the Σ band by doping Bi wires with the acceptor impurity Sn and the T band conduction by doping with Te. It is shown that the appearance of the Σ and T bands in Bi wires doped with the acceptor and donor impurities is responsible for the anomalies in the diffusive thermoelectric power, which gives a good conform with to the theoretical models and predictions.     

Thermoelectric Properties of P-Type Ga2Te5 Based Compounds

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备P型复相Ga2Te5基化合物,对其进行微观分析和热电性能测试。通过XRD分析观察到主相Ga2Te5和少量的SnTe、单质Te。在整个测试温度(319～549K)范围内,Ga2Te5基化合物的Seebeck系数、电导率和热导率都随温度的升高而降低。由于具有相对较低的热导率和较高的电导率,Ga2SnTe5在549K时取得了最高ZT值0.16。     

First-principles investigation of dual substitutional impurity-induced electronic structural modulation of PbTe on cationic and anionic sites

In view of recent experimental results, enhanced thermoelectric performance can be achieved in PbTe via dual doping at both cationic and anionic sites. However, little information is available for a deep understanding of how the various dual dopants tune the electronic structures of PbTe. In this work, the lattice geometry and band structures of (M, N) (M = {K, Ag, Ge, Sn, Sb, Bi}, N = {S, Se, I}) dually doped pairs are systematically clarified using first-principles calculations. The results indicate that the dual-dopant pairs tend to cluster in PbTe and impose a remarkable effect on the band structures near the band gap by the splitting of bands. The alkali K re-enlarges the nearly closed band gap in S- or Se-doped PbTe, while Ag introduces additional bands near the Fermi level in both solely and dually doped configurations. Unexpectedly, (Ag, S), (Ge, Se), (Sn, S) and (Sn, Se) co-doping produce camel’s-back-like structures with multiple extrema due to abnormal bending of bands near the band gap, which are anticipated to enhance the power factor of PbTe. Similarly, the Sb- and Bi-induced bands are also bent on the bottom of the conduction band. The band gaps in (Sb, S), (Sb, Se) and (Bi, N) are closed to drive the system towards metallicity. However, a re-opened band gap is obtained in the SbI-3 doping configuration. Supplementary calculations on larger supercells for the Ag–S doping configuration indicate that the single (Ag, S) dual-dopant pair behaves in a similar way to that in the small supercells with lower local atomic relaxation, weak band splitting and reduced band gap. The formation of dual-dopant nanoclusters can widen the band gap due to the introduction of large local strain in the vicinity of clusters. The impurity cluster size exerts a prominent effect on the band-edge states of PbTe. Our calculations reveal that it is possible to intentionally modulate the band structures of PbTe by appropriate collocation of dual-doping atoms for improved thermoelectric properties.