Y(In、Zn、Cu)掺杂Ⅷ型Sn基笼合物Ba8 Ga16 Sn30的第一性原理研究

Ⅷ型笼合物因独特的结构表现出电子晶体-声子玻璃特性,通过元素掺杂,笼合物热电性能可获得进一步提升.元素掺杂可以优化材料能带结构和态密度分布,但对于热电性能提升机制并不明确.根据第一性原理对Ⅷ型Sn基笼合物晶格参数、能带结构、态密度等进行计算,同时结合In、Zn、Cu等元素对笼合物掺杂计算的结果,从能带结构角度阐明元素掺...     

基于第一性原理的Ⅷ型Ba8Ga16-xAlxSn30(x=0,6,16)笼合物结构稳定性及电子结构性质

基于密度泛函的第一性原理从理论上探索Ba₈Ga_16-xAl_xSn₃₀(x=0,6,16)笼合物的电子能带结构和结构稳定性。结果表明,Al置换Ga后笼合物的晶格常数增加,当Al部分置换Ga时笼合物结构稳定性增强;Ba₈Ga₁₀Al₆Sn₃₀笼合物由于费米能级附近能带较密集会表现出较好的电传输特性;在费米能级附近,Ba₈Al₁₆Sn₃₀具有较高的态密度,且态密度线更陡峭,这有利于提高材料的Seebeck系数,然而也可能引起材料结构的稳定性下降。这些结果为进一步研究Ba8Ga16Sn30笼合物提供较好的理论指导。     

Ⅰ-型锗基笼形物--极有希望的热电材料

对I-型锗基笼形物的制备、晶体结构特别是热电性能等研究现状做了综述。I-型锗基笼形物半导体是具有“声子玻璃、电子晶体”特性的热电材料。它具有笼子状的晶体结构,这种独特的框架结构决定了其具有良好的电性能,而通过填充合适的碱土金属或稀土金属原子到其笼子状的空隙中则可以大大降低体系的热导率,因而是很具希望的热电材料体系。要进一步提高该体系的热电性能,必须在优化填充原子的同时优化框架原子。     

Ca(Na)-Co-O基热电氧化物研究进展

介绍了钴基氧化物热电材料研究现状及前景.重点介绍了具有潜力的Na/Ca-Co-O热电氧化物材料的结构、热电性能特征、制备等研究现状;并对Na/Ca-Co-O基热电氧化物Na/Ca位和Co位掺杂研究进行了评述;最后指出了钴基氧化物热电材料的应用前景和研究方向.     

Zn-Sb双掺杂Mg2(Si,Sn)合金的热电性能

Mg₂(Si,Sn)合金热电材料具有成本低廉、环境友好等优点, 作为一种绿色环保的中温区热电材料一直受到广泛关注。在Mg₂(Si,Sn)基材料中掺杂大剂量Sb可诱发Mg空位, 从而有效降低材料的热导率, 但同时Seebeck系数也会降低。研究采用高温熔炼及真空热压法成功合成了Mg_2.12-ySi_0.4Sn_0.5Sb_0.1Zn_y (y=0~0.025)试样, 通过在大剂量Sb掺杂的Mg₂(Si,Sn)基材料中添加Zn元素, 研究了大剂量Sb和微量Zn双掺杂对材料电声输运特性的综合影响。研究结果表明, Zn-Sb双掺杂可通过有效抑制材料电子热导率的方法大幅降低Mg₂(Si,Sn)合金材料的总热导率, 与此同时明显提高掺Zn试样的塞贝克系数以弥补其电导率的损失, 维持材料较为优异的电学性能。最终, 热导率的大幅优化及电学性能的维持实现了材料综合热电性能的显著提升, 其中, 成分为Mg_2.095Si_0.4Sn_0.5Sb_0.1Zn_0.025的材料在823 K下热电优值ZT达到1.42。     

Ba_8Ga_(15)XSi_(30)(X=Ga、Zn、Cu)的热电性能研究

采用电弧炉熔炼、球磨、放电等离子烧结的方法合成了系列第I类笼状化合物Ba8Ga15XSi30(X=Ga、Zn、Cu)。研究了Zn、Cu对Ga的替代对材料结构以及热电性能的影响。结果表明,相比于Ba8Ga16Si30,Zn、Cu的掺杂使得样品的晶格常数减小,热导率降低,Seebeck系数的绝对值增大,ZT值有明显的升高。     

Yb填充量对I-型笼合物YbxBa8-xGa16Ge30电传输性能的影响

采用高温熔融结合SPS烧结工艺制备了Yb／Ba复合填充的I-型笼合物YbxBa8-xGa16Ge30（x=0，0．5，0．7，1．0），研究了Yb的填充量对电传输性能的影响规律。结果表明，随着Yb填充量的增加，YbxBa8-xGa16Ge30化合物的电导率先升高后降低，当x=0．7时，电导率达到最高值；Seebeck系数随着X的增加逐渐降低，在所有样品中，YbxBa8-xGa16Ge30化合物的功率因子最大，在950K时达到1．67×10^-3W/m．K^2左右，比未填充Yb的Ba8Ga16Ge30化合物提高了近75％。     

新型热电材料研究进展

热电效应在发电和致冷方面有关巨大的应用潜力。从如何提高热电材料热电优值的理论研究出发，列出了寻找高优值热电材料的几种主要途径。在此基础上，重点介绍了最近几年来新型热电材料的研究发展情况，包托笼式化合物、超晶格热电材料、Half-Heusler合金等。并提出了亟待解决的问题和今后的研究方向。     

锡镀层钨-硫彩色簇合物膜的红外光谱和光电子能谱表征

目前,关于金属镀层表面钨-硫彩色簇合物功能修饰膜的研究较少.在Stb32钢板表面电镀锡,利用(N H4)2WS4溶液与锡镀层表面发生配位化学反应,得到钨-硫彩色簇合物膜,膜层具有金属光泽,加热处理后其颜色发生变化.用红外光谱(FT-IR)、远红外光谱(F-IR)、拉曼光谱(FT-Raman)和光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)研究了簇合物膜层的组成、结构和反应机理.结果表明,簇合物膜中存在W-S-Sn配位键、端基W-S和端基W-O键;膜层由W,S,Sn和O元素组成,在膜层表面W,S,Sn,O分别呈W6,S6,S4,S2-,Sn2+,O2-形式;在膜内层W6+,W4+共存,其他元素分别呈Sn2+,S2-,O2-形式;膜为多分子层结构,膜层厚150～260 nm,其中红棕色膜层的组成(原子分数)为29.5 ％Sn,21.2％W,32.5％S,16.8％O.     

Yb掺杂Ⅷ型Yb_xBa_(8-x)Ga_(16)Sn_(30)笼合物的制备及热电性能

本研究采用Sn熔剂法成功制备出Yb掺杂Ⅷ型笼合物Yb_xBa_(8-x)Ga_(16)Sn_(30)(0≤x≤2)热电材料,通过测试其电导率、Seebeck系数和Hall系数等分析材料的电性能,并估算其ZT值。结果表明:掺入Yb后材料的晶格常数随Yb含量的增加而减小。x=1.5样品的电导率在整个测试温度范围内均比其余样品高相比x=0的样品,其电导率提高了约60%,这是由于在载流子迁移率相当的情况下该样品拥有较高的载流子浓度。此外在300～583 K范围内,样品的电导率随温度的升高而降低表现出重掺杂半导体特性;而在583 K以后,电导率随温度的升高而增大,表现出半导体特性。在测试温度范围内(300～600 K),所有样品的Seebeck系数绝对值均随温度的升高先增大后降低。在所有样品中,x=1.5的样品具有最高的电导率,其在489 K时获得最大功率因子为2.43×10~(-3) W/(m·K~2)在此温度下其ZT值为1.35。     

Bi2Te3基热电薄膜材料的制备方法研究

Bi2Te3基热电材料由于在微电子、光电子等高技术领域具有潜在的应用前景,从而得到了人们的广泛关注.低维Bi2Te3基热电材料由于具有特殊的量子限制效应,已成为提高热电性能的有效途径.近年来,研究者非常重视Bi2Te3基热电薄膜的制备及性能研究,并做了大量相关的研究工作,许多制备方法也相继出现,并获得了高质量的Bi2Te3基热电薄膜.     

Mg2Si1-xSnx(0≤x≤1)化合物的低温固相反应合成与热电性能研究

采用低温固相反应法结合放电等离子体烧结法(SPS)合成了Mg2Si1-xSnx(0≤x≤1)三元化合物,研究了Sn固溶量对化合物热电性能的影响.结果表明,随Sn含量增加,材料电导率增加,Seebeck系数减小;材料晶格热导率先减小后增加,x=0.4时化合物晶格热导率最低,同时固溶体化合物的晶格热导率远低于Mg2Si和Mg2Sn二元化合物的晶格热导率,在室温附近Mg2Si1-xSnx固溶体化合物的晶格热导率均约为Mg2Si的1/3和Mg2Sn的1/2;Mg2Si0.8Sn0.2化合物具有最好的热电性能,在640K获得最大热电优值0.16.     

Sn和Te掺杂对CrSb2热电性能的不同影响

研究了Sn、Te掺杂对CrSb_2热电性能的不同影响。结果表明,Sn、Te掺杂引起的晶格畸变使电子浓度提高,Te替代Sb是n-型掺杂,而Sn替代Sb是p-型掺杂。由于补偿效应,CrSb_(1.99)Sn_(0.01)的电子浓度小于CrSb_(1.99)Te_(0.01)的电子浓度,导致Sn掺杂使CrSb_2的电阻率和热电势|S|降低的幅度较小。掺杂后声子杂质(Sn、Te)散射增强,CrSb_(1.99)Sn_(0.01)和CrSb_(1.99)Te_(0.01)的热导率都明显减小,而Te的原子量比Sn的大,散射作用更强,热导率减小的幅度更加明显。因此,Te掺杂改善了CrSb_2的热电性能,而Sn掺杂没有改善其性能。此外,由于Sn和Te的d轨道填满了电子而没有磁性,掺杂后样品的Neel温度没有明显改变.     

笼型倍半硅氧烷(POSS)合成的研究进展

笼型倍半硅氧烷(POSS)是一类引人注目的新型纳米材料。POSS独特的有机无机杂化结构赋予其许多优异的性能,如高的耐热性、力学性能、良好的介电性能及光学性能等,展示出广泛的应用前景。文中首先介绍了POSS的结构和性能特点,然后详细综述了笼型倍半硅氧烷(POSS)合成方面的研究进展,将笼型倍半硅氧烷的合成方法分成三官能团硅烷的水解缩聚反应法、顶端-带帽法、硅氢化反应法、侧基转化法和POSS的结构重排法等5种合成方法。     

温差发电用BiCuSeO基热电材料的研究进展

BiCuSeO基热电材料由于具有较低的热导率和较高的Seebeck系数,热电性能优异,且原料储藏丰富、价格低廉、安全无毒,被认为是一种具有潜在应用前景的新型热电转换材料。首先介绍了BiCuSeO基材料的晶体结构、电子结构、热电性能等基本特征,随后综述了近年来国内外关于BiCuSeO基热电材料的研究进展,评述了提高其热电性能的手段,包括Na、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba等低价元素掺杂,铜空位,双空位,带隙调整,晶粒细化,织构化和调制掺杂等。通过电热输运特性的协同调控,可使其ZT值从未掺杂样品的0.4左右提高到1.5。最后从实际应用的角度出发提出了今后BiCuSeO基热电材料的研究方向及研究重点。     

新型氧化物(Ca_(0.85-x)Nd_xOH)_(1.16)CoO_2的水热合成及热电性能(英文)

采用水热法制备了一系列具有片状形貌的(Ca0.85OH)1.16CoO2热电材料,并研究了Nd掺杂对该材料结构及热电性能的影响.结果表明,所制备的样品均为p型材料,在473K以下,材料的热电系数随着Nd含量的增加而增大;Nd掺杂后,材料的载流子浓度和载流子迁移率均发生变化,因此材料的电导率随着Nd含量的增加先增大后减小;在573K时,(Ca0.75Nd0.1OH)1.16CoO2材料的功率因子达到7.06×10-5W/(m·K2).     

Mg2(Si,Sn)合金大尺寸试样低温固相反应法制备及其热电性能

Mg2(Si,Sn)合金是一种受到广泛关注的中温区热电材料,具有成本低廉、环境友好等优点.Mg2(Si,Sn)材料研究中非常重要的一环在于如何实现对Mg元素的精准控制,采用低温固相反应法可能是一种切实有效的方法.本研究通过低温固相反应法成功制备了高质量Mg2(Si,Sn)合金试样,并将此方法应用至百克级Mg2 Si0....     

Mg2Sn热电粉体的低温固相反应合成及工艺控制

为了解决传统方法制备Mg2X(X=Si、Ge、Sn)基热电材料过程中带来Mg的氧化,挥发,碳化等问题,引进低温固相反应法,成功合成了Mg2Sn粉体,用DTA、XRD、SEM、EDS等分析手段对合成的粉体物相和形貌进行了表征,并系统研究了合成工艺对粉体制备的影响.结果表明:通过改变升温制度可以抑制Mg氧化;调节预压力大小可以有效抑制Sn析出,控制Mg过量可以补偿Mg的挥发;本实验条件下,当Mg过量0.0025mol、预成型压力20MPa、823K下保温8h时,可以得到单相Mg2Sn热电化合物粉体.     

碲化铋-碳纤维水泥基材料的制备及热电性能

采用混掺和涂层两种方式制备碲化铋(Bi2Te3)-碳纤维水泥基材料,研究了Bi2Te3掺量和掺加方式对水泥基材料热电性能的影响,并建立了涂层掺加方式下水泥基材料的热电模型。结果表明,混掺Bi2Te3的碳纤维水泥基材料表现出极化效应,随着养护龄期的延长,极化效应减弱;掺加Bi2Te3可以显著改善碳纤维水泥基材料的热电性能,以Bi2Te3作为涂层的水泥基材料比混掺具有更好的热电性能;热电模型分别计算Bi2Te3涂层和碳纤维水泥薄片的Seebeck系数,表明Bi2Te3涂层具有较高的Seebeck系数,从而提高整体水泥基材料的热电性能。     

稀土Gd对热压烧结Bi_2Te_3基材料热电性能的影响

稀土元素对Bi2Te3基材料热电性能的影响一直是Bi2Te3基热电材料研究的热点。本文研究了不同Gd掺杂量Bi2Te3基热电材料的热压烧结工艺参数,运用XRD,SEM方法对材料的物相成分和形貌进行了表征,研究了20MPa下不同Gd掺杂对Bi2Te3基材料的载流子浓度、电导率、Seebeck系数的影响。研究结果表明,Gd掺杂没有明显改变Bi2Te3基材料的晶体结构,适量的Gd掺杂有利于减小载流子浓度、提高Bi2Te3基材料的热电性能。