新型Zintl相化合物的结构和热电性能研究
发布时间：2021-07-08 22:25
热电材料是一种利用材料内部电子或声子载流子输运实现热能与电能相互转换的功能材料。Zintl相化合物具有复杂的晶体结构和电子结构,是一种很有前景的新型热电材料。目前Mg3Sb2基材料体系实现了n型和p型输运并且热电优值得到优化,开发一种同时具有n型和p型输运性能的新型Zintl相热电材料,并在n型和p型材料中获得高热电性能是近年来的研究热点。此外,n型Mg3Sb2基化合物的热电优值已超过1.5,优化与之匹配的p型热电材料的热电优值是推动热电技术发展以实现发电应用的关键所在。本文以YbMg2Pn2（Pn=Sb和Bi）基Zintl相化合物为研究对象,研究了该材料体系的结构和电声输运性能,通过优化载流子浓度和声子工程实现热电性能的提升。主要研究内容如下:（1）通过在Yb位点掺杂Na增大YbMg2Sb2基化合物的载流子浓度,系统研究Na掺杂对p型Yb1-xNaxMg2<...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)热电发电工作原理示意图；(b)热电制冷工作原理示意图[18]
电子科技大学博士学位论文41.3热电材料及性能优化1.3.1热电材料国内外研究现状热电材料研究至今，材料的发展总体上经历了从上升到停滞再到上升的三个阶段，材料体系主要包括Bi2Te3、PbTe、SiGe等传统材料，以及近二十年来开发的新型热电材料，如方钴矿[19-21]、MgAgSb[22-24]、Mg2(Si,Sn,Ge)[25-27]、Cu2(S,Se,Te)[28,29]、笼式化合物[30-32]、BiCuSeO[33,34]、Half-Heusler[35-38]和Zintl相化合物[39-45]等等。目前大多数材料的最高ZT值可达1，部分材料甚至可达2以上，如图1-2所示。图1-2典型热电材料的发展史[46]对于室温附近的热电应用，目前使用最广泛的热电材料是在n型和p型热电体系中都具有较高优值的(Bi1xSbx)2(Te1xSex)3基合金化合物。早在上世纪五十年代就有研究发现Bi2Te3体系是一种很有潜力的窄禁带半导体（0.15eV）热电材料[47]，属菱方晶系，空间群为R3m。(Sb0.8Bi0.2)2Te3和Bi2(Te0.8Se0.2)3分别是最好的p型和n型材料组分，最高ZT值可达到0.8~1.1之间。传统的优化热电材料性能的方式主
–glasselectron–crystal，PGEC）的概念，即理想的热电材料应该是玻璃般的导热性和晶体般的导电性的结合，近年来开发出很多具有优异热电性能的新型热电材料，推动热电材料进入下一个快速发展的阶段。目前报道的新型热电材料中，方钴矿、笼式化合物、Half-Heusler化合物和Zintl相化合物具有较高的热电优值，成为近年来的研究热点。下面简要介绍它们的晶体结构和热电性能。方钴矿材料方钴矿是一种以钴和砷命名的化合物，分子式可以写成MX3（M=Fe、Co、Rh、Ir和Ni；X=P、As和Sb），它们具有相同的立方结构，空间群为Im3，如图1-3所示，由八个MX6八面体共角连接组成。方钴矿结构的立方晶胞中有两个空位，每个M4X12原胞有一个空位，可以填充Ln原子（Ln=碱金属、碱土金属和稀土元素），分子式可以写成LnM4X12，这些填充原子不仅有助于降低晶格热导率，而且还可以调节载流子浓度。方钴矿中最典型的一个例子是CoSb3，它是一种抗磁性窄禁带半导体材料，由于存在重原子的声子散射，因此具有优异的热电性能[49]。图1-3方钴矿的晶体结构。Ln、M和X原子分别用黑色、蓝色和橙色表示[50]
本文编号：3272441
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)热电发电工作原理示意图；(b)热电制冷工作原理示意图[18]
电子科技大学博士学位论文41.3热电材料及性能优化1.3.1热电材料国内外研究现状热电材料研究至今，材料的发展总体上经历了从上升到停滞再到上升的三个阶段，材料体系主要包括Bi2Te3、PbTe、SiGe等传统材料，以及近二十年来开发的新型热电材料，如方钴矿[19-21]、MgAgSb[22-24]、Mg2(Si,Sn,Ge)[25-27]、Cu2(S,Se,Te)[28,29]、笼式化合物[30-32]、BiCuSeO[33,34]、Half-Heusler[35-38]和Zintl相化合物[39-45]等等。目前大多数材料的最高ZT值可达1，部分材料甚至可达2以上，如图1-2所示。图1-2典型热电材料的发展史[46]对于室温附近的热电应用，目前使用最广泛的热电材料是在n型和p型热电体系中都具有较高优值的(Bi1xSbx)2(Te1xSex)3基合金化合物。早在上世纪五十年代就有研究发现Bi2Te3体系是一种很有潜力的窄禁带半导体（0.15eV）热电材料[47]，属菱方晶系，空间群为R3m。(Sb0.8Bi0.2)2Te3和Bi2(Te0.8Se0.2)3分别是最好的p型和n型材料组分，最高ZT值可达到0.8~1.1之间。传统的优化热电材料性能的方式主
–glasselectron–crystal，PGEC）的概念，即理想的热电材料应该是玻璃般的导热性和晶体般的导电性的结合，近年来开发出很多具有优异热电性能的新型热电材料，推动热电材料进入下一个快速发展的阶段。目前报道的新型热电材料中，方钴矿、笼式化合物、Half-Heusler化合物和Zintl相化合物具有较高的热电优值，成为近年来的研究热点。下面简要介绍它们的晶体结构和热电性能。方钴矿材料方钴矿是一种以钴和砷命名的化合物，分子式可以写成MX3（M=Fe、Co、Rh、Ir和Ni；X=P、As和Sb），它们具有相同的立方结构，空间群为Im3，如图1-3所示，由八个MX6八面体共角连接组成。方钴矿结构的立方晶胞中有两个空位，每个M4X12原胞有一个空位，可以填充Ln原子（Ln=碱金属、碱土金属和稀土元素），分子式可以写成LnM4X12，这些填充原子不仅有助于降低晶格热导率，而且还可以调节载流子浓度。方钴矿中最典型的一个例子是CoSb3，它是一种抗磁性窄禁带半导体材料，由于存在重原子的声子散射，因此具有优异的热电性能[49]。图1-3方钴矿的晶体结构。Ln、M和X原子分别用黑色、蓝色和橙色表示[50]
本文编号：3272441
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