Bi2Te3与SnBi2Te4的电子结构与热电性能研究

用离散变分密度泛函分子轨道方法(DFT-DVM)和线性扩展平面波能带方法(LAPW)计算了Bi2Te3与SnBi2Te4,讨论了电子结构与热电性能之间的关系.Te(Ⅱ)-Bi离子键强度和Te(Ⅰ)-Bi差别不大,而Te(Ⅱ)-Bi共价键比Te(Ⅰ)-Bi强.Te(Ⅰ)-Te(Ⅰ)原子层之间的主要相互作用是范得华力而最弱.Bi2Te3掺Sn后Te-Bi离子键增强而共价键减弱,且费米能级处带隙变小.Sn主要影响导带结构.     

K、Al共掺杂Bi0.5Sb1.5Te3热电材料的制备及性能

采用真空熔炼及热压方法制备了K和Al共掺杂P型Bi0.5Sb1.5Te3热电材料。XRD分析结果表明,K0.04Bi0.5Sb1.5-x Alx Te3块体材料的XRD图谱与Bi0.5Sb1.5Te3的图谱完全对应,SEM形貌分析表明材料具有一定的层状结构和微孔。K和Al共掺杂提高了Bi0.5Sb1.5Te3在室温附近的Seebeck系数。除了K0.04Bi0.5Sb1.34Al0.12Te3样品的300K和400K以上的高温区,以及共掺杂样品的500K高温附近之外,K和Al共掺杂均使Bi0.5Sb1.5Te3材料的电导率降低。在300~500K温度范围内,K0.04Bi0.5Sb1.42Al0.04Te3样品的热导率均小于Bi0.5Sb1.5Te3的热导率。在300~350K温度范围内,K0.04Bi0.5Sb1.42Al0.04Te3样品的热电优值较Bi0.5Sb1.5Te3有较大幅度的提高。     

PbTe基合金的热压制备与热电性能

以Pb粉,Te粉和PbI2粉为原料,采用固相合成方法合成了掺杂PbI2(0.03,0.05,0.1,0.3at%)N型PbTe合金,XRD分析表明,合金具有NaCl型面心立方结构。采用热压烧结法将PbTe合金粉末烧结成块体材料,运用XRD,SEM方法对材料的物相组成和形貌进行了表征,表明热压烧结后材料仍保持NaCl型面心立方结构,出现偏析现象,分为富Te相和富Pb相,其中富Pb相呈现片状。通过材料热电性能参数的测试,研究了20MPa下不同热压烧结温度,不同含量PbI2掺杂对材料热电性能的影响,结果表明合理热压烧结温度对材料的热电性能提高起到关键作用,当PbI2含量为0.1at%时,PbTe合金在350℃具有最高的功率因子2.48mW/(m.K2)。     

p型多晶Bi0.5Sb1.5Te3合金类施主效应与热电性能

晶粒细化是提高Bi_0.5Sb_1.5Te₃合金力学性能的有效途径,但是粉末冶金过程中晶粒细化导致的类施主效应会严重劣化材料热电性能,制约了Bi_0.5Sb_1.5Te₃基合金在微型热电器件中的应用。本研究围绕p型Bi_0.5Sb_1.5Te₃基合金,采用实验结合理论计算系统研究了粉末冶金制备过程中研磨和脱附气氛对烧结样品中类施主效应和电热输运性能的影响规律和机制。Bi_0.5Sb_1.5Te₃基合金破碎研磨过程中粉体表面产生缺陷V_Te^··和V_S’’_b并物理吸附空气中的O₂,在烧结过程中与吸附的O₂发生缺陷化学反应,产生大量V_Te^··空位和自由电子,导致类施主效应,使空...     

一维Bi2Te3基纳米材料的制备、结构控制与热电性能

热电材料的低维化可以改善材料电输运与热传输的矛盾,特别是一维纳米热电材料明显的晶体各向异性和强烈的量子禁闭效应,可大幅度提高材料的热电优值和热电转换效率。Bi2Te3是制造低温热电材料的最常用材料,在温差发电和半导体制冷方面具有广阔的商业应用前景。以一维Bi2Te3基纳米热电材料的制备技术为评述线索,重点论述一维Bi2Te3基纳米热电材料形貌参数(包括直径、长径比)、晶面取向等微观结构的调控方法、生长机理以及显微结构对热电性能的影响规律。指出发展新的一维Bi2Te3基纳米热电材料结构控制方法,研究一维纳米热电材料的定向排布及组装技术,从更深层次揭示一维结构与热电性能的关系,以及开发一维Bi2Te3基纳米热电材料在各领域的实际应用是未来研究的发展方向。     

(Mg2Si1-xSbx)0.4-（Mg2Sn）0.6固溶体合金的制备及热电输运特性

以Mg、Si、Sn、Sb块体为原料,采用熔炼结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了n型(Mg2Si1-xSbx)0.4-(Mg2Sn)0.6(0≤x≤0.0625)系列固溶体合金.结构及热电输运特性分析结果表明:当Mg原料过量8wt%时,可以弥补熔炼过程中Mg的挥发损失,形成单相(Mg2Si1-xSbx)0.4-(Mg2Sn)0.6固溶体.烧结样品的晶胞随Sb掺杂量的增加而增大;电阻率随Sb掺杂量的增加先减小后增大,当样品中Sb掺杂量x≤0.025时,样品电阻率呈现出半导体输运特性,Sb掺杂量x>0.025时,样品电阻率呈现为金属输运特性.Seebeck系数的绝对值随Sb掺杂量的增加先减小后增大;热导率κ在Sb掺杂量x≤0.025时比未掺杂Sb样品的热导率低,在Sb掺杂量x>0.025时高于未掺杂样品的热导率,但所有样品的晶格热导率明显低于未掺杂样品的晶格热导率.实验结果表明Sb的掺杂有利于降低晶格热导率和电阻率,提高中温区Seebeck系数绝对值;其中(Mg2Si0.95Sb0.05)0.4-(Mg2Sn)0.6合金具有最大ZT值,并在723 K附近取得最大值约为1.22.     

高压制备多晶Te掺杂Bi2Se3热电材料性能的研究

该文采用高温高压法合成了多晶Bi₂Se_3-yTe_y(y=0.1,0.3,0.5)样品。XRD对所有样品的物相分析表明,合成压力1GPa时获得的样品均为Bi₂Se₃基纯相样品。随后测试的所有样品的Seebeck系数均为负值,表现出典型的n型导电特性。热电参数测试结果表明Bi₂Se_2.5Te_0.5样品具有较优的热电性能,Seebeck系数绝对值和功率因子在567K附近分别达到最大值90.5μVK^-1和783.2μWm^-1K²。同时,在整个测试温度范围内热导率随温度的升高而降低,最小值为1.76W/mK。最终,Bi₂Se_2.5Te_0.5样品的无量纲优值ZT在567K附近达到最大值0.25。     

超声化学结合放电等离子烧结制备In4Se3化合物的热电性能研究

采用超声化学和后续还原热处理工艺合成了单相In4Se3化合物粉体,并结合放电等离子烧结技术(SPS)制备了致密的块体材料.对所得的块体材料的微结构和热电传输性能进行了系统研究.结果表明,块体样品的晶粒细小、排列紧密并存在显著的择优取向,同时样品中存在大量精细的层状结构,这使得块体样品的电热传输性能也表现出明显的各向异性.由于具有较高的Seebeck系数和较低的热导率,沿着SPS压力方向上样品表现出较好的热电性能,其最大ZT值在700 K可达到0.56,这与其它物理技术制备的In4Se3多晶材料的性能相当.     

N型Bi2Te2.7-zSzSe0.3热电材料的微观组织与热电性能

通过真空熔炼、快速凝固、球磨制粉、冷压成形和常压烧结工艺,制备了Bi₂Te_2.7-zS_zSe_0.3热电材料,表征了Bi₂Te_2.7-zS_zSe_0.3热电材料晶体结构、微观形貌、塞贝克系数、热导率、热电优值和功率因子等热电性能。研究了掺杂S的Bi₂Te_2.7-zS_zSe_0.3热电材料热电性能与机理。结果表明,Bi₂Te_2.7-zS_zSe_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S的Bi₂Te_2.7-zS_zSe_0.3热电材料,生成较Bi-Te化学键强的Bi-S,V¨Te空位形成能E_v(Bi-Te)降低,Bi′<...     

一步法制备重费米子 YbAl3热电材料及其性能提升(英文)

材料的微观结构对其物理性能调控起着至关重要的作用。本研究以Yb和Al单质为原料,采用放电等离子烧结工艺通过一步法快速合成YbAl₃材料。显微结构表明,快速制备的YbAl₃材料内部含有大量微米尺度晶粒、纳米晶粒、纳米非晶带和多种原子尺度位错等丰富的多尺度微结构,这些多尺度微结构可以同时增强YbAl₃材料的电子和声子散射,进而同时降低其晶格热导率(47%)和电子热导率(27%),使得总热导率降低至13.4 W·K^–1·m^–1, YbAl₃材料的最大ZT可达0.35。该研究表明,通过一步法放电等离子烧结工艺可以快速合成具有多尺度微结构的高热电性能YbAl₃块体材料。     

高优值系数In4Se3多晶的制备及其热电输运特性

分别采用不同的熔炼、退火工艺, 结合放电等离子烧结方法制备了块状多晶In₄Se₃热电材料。研究了熔炼时间和退火时间对材料物相、成分、显微结构及热电性能的影响。熔炼后铸锭中存在In及InSe杂相, Se缺失量随熔炼时间的延长而增加, 使得样品载流子浓度增大, 电导率有所提高, 熔炼48 h样品ZT值相对较高。在确定熔炼工艺的基础上, 进行不同时间的退火处理后, InSe相消失, 显微结构中分布有较大尺寸的台阶状结构, 这种台阶状结构有利于降低热导率, 而对电导率无明显影响。实验结果表明: 一定程度延长熔炼时间、退火时间对提高样品的热电性能有积极作用, 其中熔炼48 h再退火96 h后的样品ZT值最高, 在702 K达到0.83, 比文献值提高约32%。     

Ga掺杂Zn4Sb3体系热电性能的研究

首先在5-310K温度范围内，研究了Ga替代对化合物（Zn1-xGax）4Sb3的低温热电性能的影响。研究发现相对于无掺杂的Zn4Sb3，（Zn1-xGAx）4Sb3（x≠0）的低温热导率明显减小，而且随着Ga替代量的增加而不断减小。另外，轻掺杂条件下（X≤0．15），掺杂后的电阻率和热电势都减小．而随后对β-Zn4Sb3和β-（Zn0.85Ga0.15）4Sb3的高温（300-670K）热电性能进行了测量，结果充分表明合适量的Ga替代Zn（比如x=0．15），可以优化β-Zn4Sb3的高温热电性能。     

Sb掺杂对N型half-Heusler材料热电性能的影响

研究了Sb掺杂对N型half-Heusler化合物Zr_0.25Hf_0.25Ti_0.5NiSn_1-xSb_x (x=0、0.002、0.005、0.01、0.02、0.03)热电传输特性的影响。结果显示, 随着Sb掺杂量增加, 材料的载流子浓度提高, 电阻率降低, 尤其是低温(<300 K)电阻率下降显著, 赛贝克系数降低, 且取得最大赛贝克系数的温度向高温端移动, 最大功率因子增加~20%, 材料的热导率增大, 主要是电子热导率提高的贡献, 晶格热导率影响不大; 当Sb掺杂量较低时(x<0.01), 材料的最大热电性能优值ZT值在0.77左右, 掺杂量x=0.005的样品ZT值在整个温度区间内最优。     

稀土掺杂对锡基Half-Heusler合金热电特性的影响

采用电弧熔炼法和放电等离子体烧结法,制备了稀土掺杂的金属间化合物Zr1-xLaxNiSn(x=0.05,0.1,0.15,0.2,0.3,0.4)和Zr0.98R0.02NiSn0.98X0.02(R=La,Ce;X=Sb,Bi).用X射线衍射仪分析研究了它们的晶体结构随稀土替代量演化的规律.在室温到700K的范围内,对其热电特性进行了评价.研究结果表明,代换量x小于0.15时,稀土原子可以进入晶格形成单相化合物.代换量x大于0.15的样品中含有非half-Heusler的第二相,且含量随x增大而增加.少量稀土掺杂可以有效地降低材料的热导率而保持良好的电输运特性.在575K,Zr0.98La0.02NiSn0.98Sb0.02的热电优值达到0.5.     

Ca和Sm双原子共填充方钴矿化合物的制备及热电性能

用熔融法结合放电等离子快速烧结技术(SPS)制备了单相的Ca和Sm共填充的方钴矿化合物Ca_mSm_nFe_xCo_4-xSb₁₂, 研究了两种原子共填充总量及填充分量对其热电性能的影响规律. 结果表明: 随着Ca和Sm双原子共填充总量的增加, p型Ca_mSm_nFe_xCo_4-xSb₁₂化合物的Seebeck系数增大、电导率和热导率降低. 当共填充总量相近时, Ca原子填充分量较大的方钴矿化合物, 其电性能较好; 而Sm原子填充分量较大的方钴矿化合物, 其热导率较低、Seebeck系数较高. Ca_0.15Sm_0.24Fe_1.51Co_2.48Sb₁₂化合物的最大热电性能指数ZT_max值在775K时为0.85.     

NiO基氧化物热电材料的合成及其性能

采用溶胶凝胶法制备了Li掺杂的NiO基氧化物热电材料,研究了Li掺杂对其热电性能的影响,实验结果表明:在x=0.03,0.06,0.09掺杂比例范围,Li+很好地进入了NiO的晶格,没有形成新的杂相。热电性能测试结果显示,在室温至750K的范围内随着Li掺杂量的增加,电导率显著增加,而样品的Seebeck系数随着掺杂浓度增高明显降低,样品Ni0.94Li0.06O在750K的功率因子PF=1.9×10-5 W.m-1.K-2,随温度升高,PF增加趋势明显,表明在高温环境中可具有更大的PF。     

半导体纳米薄膜热电性能表征技术的研究进展

综述了半导体纳米薄膜热电性能表征的方法及相关的技术原理.从平行膜面和垂直膜面两方面对纳米薄膜材料热电性能3种重要参数的表征方法进行了描述;同时简要介绍了能直接测量热电优值的Harman方法的基本原理和操作过程.在此基础上指出了各方法的优缺点,并提出了今后开发检测装置需努力的方向.     

Ca_3Co_4O_9热电材料研究现状及应用前景

从结构、制备和掺杂改性3个方面论述了氧化物热电材料Ca_3Co_4O_9的研究状况,并简短总结了Ca_3Co_4O_9热电材料的Ca位或Co位掺杂效果,发现Co位掺杂效果不如Ca位掺杂效果明显,指出适当掺杂的Ca_3Co_4O_9是目前最具中高温应用前景的热电材料之一。     

高锰硅热电材料的微观结构及电热输运性能

采用熔炼、退火结合放电等离子烧结的方法制备了名义成分为MnSi_x ( x=1.60、1.65、1.68、1.73、1.81、1.85 )的高锰硅(HMS, Higher Manganese Silicide)块体材料. 物相分析结果表明, 随着Si初始用量x的增加, HMS (Mn₁₅Si₂₆)相各衍射峰强度先增强后减弱. 当x<1.73时, 样品物相组成为HMS相和少量MnSi相, 当x≥1.73时, 样品物相组成为HMS相和少量Si相. 体系的热电性能受MnSi相和Si相的影响, 热电性能分析结果表明: 随着Si名义含量x的增大, 试样电导率逐渐降低, 赛贝克系数逐渐增大, 热导率先降低后增高. 其中, 名义成分为MnSi_1.68的试样由于具有最高的电性能(功率因子)和较低的热导率, 从而具有最好的热电性能, 在400℃时其无量纲ZT值达到0.36.