在GeTe中摻雜In能夠引入共振能級(jí),但其微觀結(jié)構(gòu)對(duì)熱電性能的影響還不明確。本研究采用熔煉–淬火–退火并結(jié)合放電等離子體燒結(jié)（SPS）的方法制備了系列Ge_1–xIn_xTe樣品,采用XRD、SEM、激光導(dǎo)熱儀和熱電性能分析系統(tǒng)（ZEM-3）對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,隨著In元素的摻入,Ge_1–xIn_xTe的晶胞體積減小、人字魚骨結(jié)構(gòu)變小、晶界增多,導(dǎo)致晶格熱導(dǎo)率降低,獲得的最低熱導(dǎo)率為2.16 W·m^–1·K^–1。同時(shí),摻雜In引入了共振能級(jí),降低了載流子濃度,使塞貝克系數(shù)以及功率因子增大。當(dāng)In摻雜量x為0.03時(shí), Ge_1–xIn_xTe在600 K時(shí)獲得最大ZT值1.15,比GeTe提升了26.4%,表明調(diào)整Ge_1–xIn_xTe的微觀結(jié)構(gòu)可以有效提升熱電性能。 

【文章來源】：無機(jī)材料學(xué)報(bào). 2020,35(08)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

Ge0.97In0.03Te的EDS分析結(jié)果

圖5(a)為Ge1–xInxTe的電導(dǎo)率(?)隨溫度的變化曲線。隨著溫度的升高,樣品(除x=0.10外)的?逐漸下降,這是典型的簡并半導(dǎo)體(重?fù)诫s、窄帶隙)的特征[21]。同時(shí),隨著In含量的增加,?逐漸下降,這是因?yàn)镮n逐漸取代了晶格中Ge的位置,使載流子濃度從1.632×1021下降到4.083×1020 cm–3(如表3所示),遷移率從35.31降低到5.521 cm2·V-1·s-1。此外,由于固溶度有限,隨著In的增加,In原子進(jìn)入晶格的難度增大,?的變化趨勢逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)x=0.10時(shí),Ge原子以第二相的形式析出。這是因?yàn)镮n的電負(fù)性(1.78)小于Ge的電負(fù)性(2.01)[26],Te優(yōu)先與In結(jié)合,Ge的空位大量減少,使載流子的濃度急劇下降[18]。x=0.10時(shí),?隨溫度升高逐漸增大,是因?yàn)镚e第二相對(duì)載流子的輸運(yùn)造成了阻礙,隨著溫度升高,第二相逐漸溶解,阻礙減弱,?增大。圖5 Ge1–xInxTe的熱電性能

圖1(a)為不同In摻雜量粉體樣品的XRD圖譜。當(dāng)x=0.10時(shí)析出Ge第二相,其余樣品的衍射峰均與GeTe標(biāo)準(zhǔn)卡片(PDF47-1079,R3m)相對(duì)應(yīng),表明粉體的純度較高。為了進(jìn)一步研究樣品物相結(jié)構(gòu)的差異,對(duì)GeTe的特征峰(024)、(220)[21]進(jìn)行局部放大,可以看出隨著In含量的增加,(220)衍射峰逐漸向低角度方向移動(dòng),而(024)衍射峰逐漸向高度角方向移動(dòng),由布拉格方程2dsinθ=nλ可知,(220)對(duì)應(yīng)的晶面間距逐漸增大,(024)對(duì)應(yīng)的晶面間距逐漸減小。因?yàn)镮n進(jìn)入GeTe中占據(jù)Ge的位置,造成不同原子面發(fā)生了不同程度的畸變,產(chǎn)生了質(zhì)量波動(dòng)[11,13],增強(qiáng)了對(duì)聲子的散射作用,從而降低了晶格熱導(dǎo)率。為了獲得更加準(zhǔn)確的晶格常數(shù)的變化規(guī)律,對(duì)XRD結(jié)果進(jìn)行精修[22],數(shù)據(jù)如表1所示,隨著In含量的增加,晶格常數(shù)逐漸減小,造成晶胞體積減小。這是因?yàn)镮n的離子半徑(0.062 nm)小于Ge的離子半徑(0.073 nm)。圖1(b)為燒結(jié)后塊體樣品的XRD圖譜,可以看出仍為菱方結(jié)構(gòu)的GeTe,未產(chǎn)生雜相,說明燒結(jié)過程沒有改變樣品的物相結(jié)構(gòu)。2.2 XPS價(jià)態(tài)分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3468142