PDF《-,$%&./ 0$化合物的制备及其热电性能！》

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/0$化合物的制备及其热电性能! 刘海君 鄢永高 唐新峰! 尹玲玲 张清杰 (武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 #$$%$) (&

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( 日收到修改稿) 采用高温熔融缓冷和放电等离子烧结工艺制备了 ) 型*+$,'

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45($ 五元化合物6研究了

12 含量对化 合物载流子传输特性及热电性能的影响规律6结果表明: 在*+$,'

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45($ (!

7 五元化合 物中, 随着化合物中

12 含量的增加, 载流子浓度和电导率增加, 载流子迁移率几乎不变, 155.589 系数降低, 材料的 晶格热导率降低;

样品在经过烧结之后, 晶格热导率进一步降低6在%$$ : 时, 12# 32$,'

45($ 烧结样品的热电性 能指数 # 值达到 (,$'

6 关键词:*+$,'

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45($ ,合成,载流子,热电性能 '

11: !国家自然科学基金重大国际合作项目 (批准号: 和教育部科技创新工程重大项目培育基金 (批准号: %$'

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) 资助的课题

6 ! ?@A:B?2+CDE FGHB6 5IH6

82 (, 引言近年来, 随着能源危机的日趋严重, 高性能热 电转换材料的研究引起了人 们的高度重视[(― ]

6 高性能热电材料的研究和开发是热电发电技术获 得实际应用的重要基础6 最近, JKH 等['

] 报道了其对 *+-.$ 1.45$ L &

系列化合物的研究结果, 当$7($ 和(/ 时, 热电性能指数 # 值分别达到了 ( 和&

左右, 是迄今为止该体系报道的最好数据6 M@A8 等[N] 的研 究结果表明: 与二元 -.45 相比, *+-.$ 1.45$ L &

四元 化合物热电性能的提高与 *+1. 在晶格中长程有序 分布有关, *+1. 原子的有序分布形成了所谓的量子 点结构, 改变了 ;

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@ 能级附近的电子态密度, 使得 价带顶部和导带底部的电子态密度增加, 从而使 *+-.$ 1.45$ L &

四元化合物的功率因子大幅度提高6 1PPBK>

?2 等[%] 研究了 *+-.$ 1.45$ L &

( $

7 &

, , N, /) 的相组成和热电性能, 结果表明: 化合物中同时存在 富-. 和富 *+1. 的两相, 富*+1. 相的微观尺度在几 百纳米左右并分布在富 -. 相中, 这种特殊的微观结 构使得化合物中形成了载流子的传输通道以及声子 的散射中心, 在不阻碍载流子的运动并保持高的电 性能的情况下, 同时对声子的强烈散射极大地降低 材料的晶格热导率6 *+-.$ 1.45$ L &

化合物具有 Q?RA 型晶体结构, 其中*+, -. 和1. 分别为 L (, L &

和L#价, 占据 Q? 的 结晶学位置,

45 为0&

价, 占据 RA 的位置, 这种化合 物可看作是 *+ 和1. 对-.45 中-. 的置换得到6 理 论计算表明 [/] , 由于 *+ 和1. 取代 -. 之后分别成为 正电和负电中心, 在库仑力的作用下, *+ 和1. 采用 最近邻分布而不是均匀分布时系统的形成能最低, *+ 和1. 的这种最近邻分布形成了 *+1. 纳米量子 点6根据化学键合理论, 凡是取代 -. 后形成正电中 心的原子和取代 -. 后形成负电中心的原子都有可 能形成类似于 *+1. 纳米量子点6 因此, 探讨其他原 子在 -.45 中形成纳米量子点的可能性将有助于深 入理解这种量子点的形成机理, 同时也为热电材料 性能的优化提供更有效的途径6此外, 通过两种化合 物形成固溶体合金也是提高材料热电性能的有效途 径6通过形成固溶体合金, 在晶体结构中引入适当的 短程无序而不改变晶格的长程有序, 有可能在保持 迁移率不发生明显变化的条件下降低材料的晶格热 导率, 从而优化材料的热电性能6 另一方面, 通过粉 末冶金法来制备热电材料, 由于晶界的增加, 对声子 的散射增强, 也可以较大幅度地降低材料的晶格热 导率6 然而, 迄今为止, 利用 *+ 和1. 以外的其他元素 对-. 的置换来获得具有类似结构化合物的研究尚 第'