本文關(guān)鍵詞：Ⅷ型Sn基單晶籠合物的制備及熱電傳輸特性的研究

  更多相關(guān)文章： VIII型Sn基籠合物 n型傳導(dǎo) 熱電性能 理論計(jì)算

【摘要】：近年來(lái),籠合物具有優(yōu)越的熱電性能,并由于其在商業(yè)上的應(yīng)用前景得以迅速發(fā)展。目前,VIII型Sn基籠合物是綜合熱電性能最高的一類(lèi)籠合物熱電材料。電荷補(bǔ)償效應(yīng)表明,在化學(xué)式為II8III16IV30的VIII型籠合物中,框架III/IV原子比為理想值16/30,每個(gè)填充原子(作為施主)提供兩個(gè)電子全部填充到框架(作為受主)上,達(dá)到電價(jià)平衡,表現(xiàn)為本征半導(dǎo)體性質(zhì)。改變兩種框架原子的比例,可以改變籠合物的導(dǎo)電類(lèi)型:III族原子過(guò)量時(shí),籠合物表現(xiàn)為p型傳導(dǎo);反之則為n型傳導(dǎo)。本論文分別用Ge和Mg作為摻雜元素,Sn作為自熔劑,通過(guò)熔融緩冷工藝,制備具有n型傳導(dǎo)的VIII型Sn基單晶籠合物。研究這兩種摻雜元素在不同的摻雜量時(shí)對(duì)VIII型Ba8Ga16Sn30籠合物結(jié)構(gòu)及熱電傳輸特性的影響規(guī)律;基于第一性原理,對(duì)Mg摻雜的Ba8Ga16Sn30籠合物進(jìn)行理論分析,得到的主要結(jié)論如下:對(duì)所制備的以Ge作為摻雜元素的VIII型Sn基單晶籠合物的研究結(jié)果表明:所有的摻雜單晶樣品都是n型的;在單晶樣品中摻雜元素Ge的實(shí)際含量較少;單晶樣品的晶格常數(shù)隨著Ge摻雜量的增加而減小;X=0.5的樣品在500K附近取得最大ZT值1.25。用Mg(0≤X≤1.5)作摻雜元素,成功制備了VIII型Sn基單晶籠合物,其研究結(jié)果表明:所有的摻雜單晶樣品都表現(xiàn)為n型傳導(dǎo);隨Mg摻雜量的增加,對(duì)應(yīng)單晶樣品的熔點(diǎn)升高,晶格常數(shù)趨于減小;Mg摻雜后,樣品中填充原子Ba的實(shí)際含量低于8.0,因此占有率也降低,Mg的名義含量X=1.5時(shí),占有率約為0.93。Mg摻雜的名義含量X=1.5時(shí),樣品的功率因子在430K附近取得最大值1.26×10-3 Wm-1K-2�；诘谝恍栽淼挠�(jì)算結(jié)果表明:填充原子Ba的減少使得Ba8Ga16Sn30的能帶整體向高能量方向移動(dòng),Mg的加入,使導(dǎo)帶中高能量方向的能帶更密集;態(tài)密度在Femi能級(jí)附近更陡峭,且Mg原子對(duì)該晶體電子結(jié)構(gòu)的影響主要是價(jià)帶,對(duì)導(dǎo)帶的影響較小;填充原子Ba的s價(jià)電子對(duì)該晶體結(jié)構(gòu)的影響較明顯,且主要是對(duì)導(dǎo)帶的影響。
【關(guān)鍵詞】：VIII型Sn基籠合物 n型傳導(dǎo) 熱電性能 理論計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：云南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB34
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-26
• 1.1 熱電材料的研究背景及意義9
• 1.2 熱電效應(yīng)及其應(yīng)用9-10
• 1.3 熱電理論10-15
• 1.3.1 熱電傳輸現(xiàn)象10-12
• 1.3.2 熱電勢(shì)和電導(dǎo)率12-14
• 1.3.3 熱導(dǎo)率14-15
• 1.4 熱電效應(yīng)的應(yīng)用15-16
• 1.5 熱電材料的研究進(jìn)展16-21
• 1.5.1 傳統(tǒng)熱電材料16-18
• 1.5.1.1 (Bi,Sb)2(Te,Sb)3 類(lèi)化合物17
• 1.5.1.2 Bil-xSbx類(lèi)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 新型熱電材料的研究進(jìn)展18-21
• 1.5.2.1 Skutterudite結(jié)構(gòu)化合物18-19
• 1.5.2.2 Half-Heusler合金化合物19-20
• 1.5.2.3 Zn4Sb3熱電材料20
• 1.5.2.4 氧化物[40-44]熱電材料20-21
• 1.5.2.5 準(zhǔn)晶材料21
• 1.6 籠合物的研究進(jìn)展21-24
• 1.6.1 n/p型傳導(dǎo)的VIII型籠合物的研究進(jìn)展22-23
• 1.6.2 其它籠合物的研究進(jìn)展23-24
• 1.6.2.1 I型籠合物的研究進(jìn)展23-24
• 1.7 論文的研究意義和研究?jī)?nèi)容24-26
• 1.7.1 研究意義24-25
• 1.7.2 本文的主要內(nèi)容25-26
• 第2章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與研究方法26-33
• 2.1 VIII型Sn基籠合物的制備方法與設(shè)備26-28
• 2.2 熱電材料的性能評(píng)價(jià)方法28-33
• 2.2.1 熔點(diǎn)分析28-29
• 2.2.2 Seebeck系數(shù)測(cè)試原理29
• 2.2.3 電導(dǎo)率的測(cè)試原理29-30
• 2.2.4 Hall系數(shù)的測(cè)試原理30-32
• 2.2.5熱導(dǎo)率的測(cè)試原理及設(shè)備32-33
• 第3章 Ge摻雜VIII型Sn基籠合物的制備及熱電性能研究33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)33-34
• 3.3 結(jié)果和討論34-41
• 3.3.1 樣品的結(jié)構(gòu)及含量分析34-36
• 3.3.2 電傳輸特性36-39
• 3.3.3 熱導(dǎo)率和ZT值39-41
• 3.4 結(jié)論41-42
• 第4章 Mg摻雜VIII型Sn基籠合物的結(jié)構(gòu)及性能研究42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)42-43
• 4.3 結(jié)果與討論43-50
• 4.3.1 樣品的結(jié)構(gòu)、含量及熔點(diǎn)分析43-47
• 4.3.2 電傳輸性能47-50
• 4.4 Mg摻雜VIII型Sn基籠合物的理論計(jì)算50-53
• 4.5 結(jié)論53-54
• 第5章 結(jié)論與展望54-56
• 5.1 主要結(jié)論54-55
• 5.2 未來(lái)工作展望55-56
• 參考文獻(xiàn)56-62
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62-63
• 致謝63

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