Ⅷ型Sn基单晶笼合物的制备及热电传输特性的研究

发布时间：2017-09-16 12:24

  本文关键词：Ⅷ型Sn基单晶笼合物的制备及热电传输特性的研究

  更多相关文章： VIII型Sn基笼合物 n型传导 热电性能 理论计算

【摘要】：近年来,笼合物具有优越的热电性能,并由于其在商业上的应用前景得以迅速发展。目前,VIII型Sn基笼合物是综合热电性能最高的一类笼合物热电材料。电荷补偿效应表明,在化学式为II8III16IV30的VIII型笼合物中,框架III/IV原子比为理想值16/30,每个填充原子(作为施主)提供两个电子全部填充到框架(作为受主)上,达到电价平衡,表现为本征半导体性质。改变两种框架原子的比例,可以改变笼合物的导电类型:III族原子过量时,笼合物表现为p型传导;反之则为n型传导。本论文分别用Ge和Mg作为掺杂元素,Sn作为自熔剂,通过熔融缓冷工艺,制备具有n型传导的VIII型Sn基单晶笼合物。研究这两种掺杂元素在不同的掺杂量时对VIII型Ba8Ga16Sn30笼合物结构及热电传输特性的影响规律;基于第一性原理,对Mg掺杂的Ba8Ga16Sn30笼合物进行理论分析,得到的主要结论如下:对所制备的以Ge作为掺杂元素的VIII型Sn基单晶笼合物的研究结果表明:所有的掺杂单晶样品都是n型的;在单晶样品中掺杂元素Ge的实际含量较少;单晶样品的晶格常数随着Ge掺杂量的增加而减小;X=0.5的样品在500K附近取得最大ZT值1.25。用Mg(0≤X≤1.5)作掺杂元素,成功制备了VIII型Sn基单晶笼合物,其研究结果表明:所有的掺杂单晶样品都表现为n型传导;随Mg掺杂量的增加,对应单晶样品的熔点升高,晶格常数趋于减小;Mg掺杂后,样品中填充原子Ba的实际含量低于8.0,因此占有率也降低,Mg的名义含量X=1.5时,占有率约为0.93。Mg掺杂的名义含量X=1.5时,样品的功率因子在430K附近取得最大值1.26×10-3 Wm-1K-2。基于第一性原理的计算结果表明:填充原子Ba的减少使得Ba8Ga16Sn30的能带整体向高能量方向移动,Mg的加入,使导带中高能量方向的能带更密集;态密度在Femi能级附近更陡峭,且Mg原子对该晶体电子结构的影响主要是价带,对导带的影响较小;填充原子Ba的s价电子对该晶体结构的影响较明显,且主要是对导带的影响。
【关键词】：VIII型Sn基笼合物 n型传导 热电性能 理论计算
【学位授予单位】：云南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-26
• 1.1 热电材料的研究背景及意义9
• 1.2 热电效应及其应用9-10
• 1.3 热电理论10-15
• 1.3.1 热电传输现象10-12
• 1.3.2 热电势和电导率12-14
• 1.3.3 热导率14-15
• 1.4 热电效应的应用15-16
• 1.5 热电材料的研究进展16-21
• 1.5.1 传统热电材料16-18
• 1.5.1.1 (Bi,Sb)2(Te,Sb)3 类化合物17
• 1.5.1.2 Bil-xSbx类化合物17
• 1.5.1.3 PbTe基化合物17-18
• 1.5.1.4 SiGe合金18
• 1.5.2 新型热电材料的研究进展18-21
• 1.5.2.1 Skutterudite结构化合物18-19
• 1.5.2.2 Half-Heusler合金化合物19-20
• 1.5.2.3 Zn4Sb3热电材料20
• 1.5.2.4 氧化物[40-44]热电材料20-21
• 1.5.2.5 准晶材料21
• 1.6 笼合物的研究进展21-24
• 1.6.1 n/p型传导的VIII型笼合物的研究进展22-23
• 1.6.2 其它笼合物的研究进展23-24
• 1.6.2.1 I型笼合物的研究进展23-24
• 1.7 论文的研究意义和研究内容24-26
• 1.7.1 研究意义24-25
• 1.7.2 本文的主要内容25-26
• 第2章 实验设备与研究方法26-33
• 2.1 VIII型Sn基笼合物的制备方法与设备26-28
• 2.2 热电材料的性能评价方法28-33
• 2.2.1 熔点分析28-29
• 2.2.2 Seebeck系数测试原理29
• 2.2.3 电导率的测试原理29-30
• 2.2.4 Hall系数的测试原理30-32
• 2.2.5热导率的测试原理及设备32-33
• 第3章 Ge掺杂VIII型Sn基笼合物的制备及热电性能研究33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 实验33-34
• 3.3 结果和讨论34-41
• 3.3.1 样品的结构及含量分析34-36
• 3.3.2 电传输特性36-39
• 3.3.3 热导率和ZT值39-41
• 3.4 结论41-42
• 第4章 Mg掺杂VIII型Sn基笼合物的结构及性能研究42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 实验42-43
• 4.3 结果与讨论43-50
• 4.3.1 样品的结构、含量及熔点分析43-47
• 4.3.2 电传输性能47-50
• 4.4 Mg掺杂VIII型Sn基笼合物的理论计算50-53
• 4.5 结论53-54
• 第5章 结论与展望54-56
• 5.1 主要结论54-55
• 5.2 未来工作展望55-56
• 参考文献56-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62-63
• 致谢63

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本文编号：863033