稀土元素Tm掺杂对Cu2S热电性能影响研究

Cu2S具有较低的晶格热导率和窄禁带宽度,它热电性能优异、成本低廉且无毒等优点引起了热电材料相关研究领域的广泛关注.采用水热合成法与真空烧结法相结合的方式制备 Cu2S 基热电材料,通过物相、成分表征和热电性能测试等手段,研究稀土元素Tm掺杂对Cu2S基材料热电性能的影响规律,并采用第一性原理开展掺杂后Cu2S能带结构和态密度计算.研究结果表明,水热合成法可以获得Cu31S16 粉体,在真空烧结过程中物相发生了转变,从原来的 Cu31S16 转变为 Cu2S.掺杂 Tm 元素可显著提高 Cu2S 粉体的结晶性能,随着掺杂含量的增加,Cu2S团聚现象逐渐消失.Cu2S塞贝克系数随Tm掺杂量的增加有所提升,其中掺杂 2％Tm 的 Cu2S在350℃处于相变温度,塞贝克系数达到峰值 1589.71 μV/K;随掺杂元素的增加和温度的升高,Cu2S电导率逐渐下降.Tm掺杂后的Cu2S在中高温度范围内,热导率κ随着温度的上升呈现逐渐下降的趋势.结果表明掺杂 2％Tm的Cu2S热电优值从 0.1 增加到 0.4,提高了 300％.