近十幾年來,世界人口的快速增長和全球經(jīng)濟的高速發(fā)展帶來的能源危機和環(huán)境污染問題日益嚴重,所以開發(fā)環(huán)境友好型新能源材料及其轉(zhuǎn)換技術(shù)已經(jīng)成為國際上關(guān)注的重要課題。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)具有體積小、無噪音、無污染等優(yōu)點,在汽車尾氣廢熱利用、工業(yè)廢熱發(fā)電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,從而受到了研究者的廣泛關(guān)注。熱電材料作為熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的核心,目前性能優(yōu)值還比較低,ZT值基本在1左右徘徊。因此,大幅度提高材料的熱電性能是所有熱電材料研究人員共同面臨的挑戰(zhàn)。本論文以p型GeTe基化合物為研究對象,針對GeTe材料存在相變溫度高、載流子濃度大和熱導(dǎo)率高等問題,通過在GeTe化合物中固溶MnTe、摻雜Sb,研究MnTe固溶和Sb摻雜對GeTe化合物相組成、相轉(zhuǎn)變及熱電性能的影響規(guī)律。同時通過在GeTe化合物中固定MnTe含量調(diào)節(jié)Sb含量來優(yōu)化材料的熱電性能,研究MnTe和Sb共摻雜對GeTe化合物性能的影響規(guī)律。以下為本論文的主要內(nèi)容和研究成果:針對在GeTe中固溶MnTe,重點研究了相組成、相轉(zhuǎn)變、磁性、能帶結(jié)構(gòu)及其熱電傳輸性能的變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)樣品逐漸從菱方相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较嘟Y(jié)構(gòu),相轉(zhuǎn)變的溫度逐漸降低至接近室... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）Seebeck效應(yīng)的熱電循環(huán)示意圖（b）Peltier效應(yīng)的熱電循環(huán)示意圖

1.2.1 Zn4Sb3基熱電材料β-Zn4Sb3因為其低熱導(dǎo)率和廉價無毒的組成元素被認為是最有發(fā)展前景的中溫?zé)犭姴牧现�。Zn4Sb3有三種結(jié)構(gòu)相，分別為 α、β 和 γ-Zn4Sb3，這三種相分別對應(yīng)的穩(wěn)定溫度是低于 263 K、263 K 到 765 K 和高于 765 K。β-Zn4Sb3為 p型半金屬材料，有較高的功率因子，在 675 K 時為 13 μWm-1K-2。β-Zn4Sb3具有電子晶體的性質(zhì)，同時在 300 K 時熱導(dǎo)率低至 0.9 Wm-1K-1，類似于聲子玻璃的特性，在 675 K 時取得最大 ZT 值為 1.40。β-Zn4Sb3為菱方相，a=12.231 ，c=12.428 ，空間群為 R-3c。β-Zn4Sb3的晶胞中，有 30 個 Sb 原子，Zn 原子有四種不同的位置：占據(jù)格點位置的 Zn1 和占據(jù)空隙位置的 Zn2、Zn3 和 Zn4，Zn 原子在整個晶胞中的數(shù)目為 39，因此β-Zn4Sb3實際上是 Zn39Sb30或者 Zn13Sb10，如圖 1-2 所示。β-Zn4Sb3的低熱導(dǎo)率主要源于如下幾個方面：（1）間隙位置的 Zn 有較大的熱位移，類似于玻璃的間隙位置，能夠有效的散射聲子起到降低晶格熱導(dǎo)率的作用。（2）Sb 原子在 c 軸的無序排列能有效的增強合金化散射進一步降低晶格熱導(dǎo)率。

最大功率因子對應(yīng)的溫度逐漸移動至高溫，說明通過能帶結(jié)構(gòu)調(diào)控和全尺度微結(jié)構(gòu)調(diào)控的方法能提高材料的 ZT 值。2017 年，張文清教授組[60]報道，在 Na 摻雜的 PbTe-SrTe 中加入 Mn 能提高材料的熱電性能。在 Pb 位加入 Mn 能夠增大帶隙同時增強價帶簡并度，這使得在室溫下，Seebeck 系數(shù)和功率因子增加，電導(dǎo)率降低，電子熱導(dǎo)率也降低。同時在 PbTe 基體中固溶 MnTe 能夠引入小角晶界，因此使得聲子散射增強，顯著降低樣品的晶格熱導(dǎo)率，最終 4 at% Mn 樣品的 ZT 值達到 1.98，平均 ZT 值相對于為摻雜 Mn 的樣品提高 18%。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]La摻雜n型Mg2Si基半導(dǎo)體的熱電性能研究[J]. 張倩,朱鐵軍,殷浩,趙新兵.  功能材料. 2008(12)



本文編號：3590282