熱電材料是一種利用材料內(nèi)部電子或聲子載流子輸運實現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料。Zintl相化合物具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu),是一種很有前景的新型熱電材料。目前Mg₃Sb₂基材料體系實現(xiàn)了n型和p型輸運并且熱電優(yōu)值得到優(yōu)化,開發(fā)一種同時具有n型和p型輸運性能的新型Zintl相熱電材料,并在n型和p型材料中獲得高熱電性能是近年來的研究熱點。此外,n型Mg₃Sb₂基化合物的熱電優(yōu)值已超過1.5,優(yōu)化與之匹配的p型熱電材料的熱電優(yōu)值是推動熱電技術(shù)發(fā)展以實現(xiàn)發(fā)電應(yīng)用的關(guān)鍵所在。本文以YbMg₂Pn₂（Pn=Sb和Bi）基Zintl相化合物為研究對象,研究了該材料體系的結(jié)構(gòu)和電聲輸運性能,通過優(yōu)化載流子濃度和聲子工程實現(xiàn)熱電性能的提升。主要研究內(nèi)容如下:（1）通過在Yb位點摻雜Na增大YbMg₂Sb₂基化合物的載流子濃度,系統(tǒng)研究Na摻雜對p型Yb_1-xNa_xMg_2<... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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(a)熱電發(fā)電工作原理示意圖；(b)熱電制冷工作原理示意圖[18]

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文41.3熱電材料及性能優(yōu)化1.3.1熱電材料國內(nèi)外研究現(xiàn)狀熱電材料研究至今，材料的發(fā)展總體上經(jīng)歷了從上升到停滯再到上升的三個階段，材料體系主要包括Bi2Te3、PbTe、SiGe等傳統(tǒng)材料，以及近二十年來開發(fā)的新型熱電材料，如方鈷礦[19-21]、MgAgSb[22-24]、Mg2(Si,Sn,Ge)[25-27]、Cu2(S,Se,Te)[28,29]、籠式化合物[30-32]、BiCuSeO[33,34]、Half-Heusler[35-38]和Zintl相化合物[39-45]等等。目前大多數(shù)材料的最高ZT值可達(dá)1，部分材料甚至可達(dá)2以上，如圖1-2所示。圖1-2典型熱電材料的發(fā)展史[46]對于室溫附近的熱電應(yīng)用，目前使用最廣泛的熱電材料是在n型和p型熱電體系中都具有較高優(yōu)值的(Bi1xSbx)2(Te1xSex)3基合金化合物。早在上世紀(jì)五十年代就有研究發(fā)現(xiàn)Bi2Te3體系是一種很有潛力的窄禁帶半導(dǎo)體（0.15eV）熱電材料[47]，屬菱方晶系，空間群為R3m。(Sb0.8Bi0.2)2Te3和Bi2(Te0.8Se0.2)3分別是最好的p型和n型材料組分，最高ZT值可達(dá)到0.8~1.1之間。傳統(tǒng)的優(yōu)化熱電材料性能的方式主

–glasselectron–crystal，PGEC）的概念，即理想的熱電材料應(yīng)該是玻璃般的導(dǎo)熱性和晶體般的導(dǎo)電性的結(jié)合，近年來開發(fā)出很多具有優(yōu)異熱電性能的新型熱電材料，推動熱電材料進(jìn)入下一個快速發(fā)展的階段。目前報道的新型熱電材料中，方鈷礦、籠式化合物、Half-Heusler化合物和Zintl相化合物具有較高的熱電優(yōu)值，成為近年來的研究熱點。下面簡要介紹它們的晶體結(jié)構(gòu)和熱電性能。方鈷礦材料方鈷礦是一種以鈷和砷命名的化合物，分子式可以寫成MX3（M=Fe、Co、Rh、Ir和Ni；X=P、As和Sb），它們具有相同的立方結(jié)構(gòu)，空間群為Im3，如圖1-3所示，由八個MX6八面體共角連接組成。方鈷礦結(jié)構(gòu)的立方晶胞中有兩個空位，每個M4X12原胞有一個空位，可以填充Ln原子（Ln=堿金屬、堿土金屬和稀土元素），分子式可以寫成LnM4X12，這些填充原子不僅有助于降低晶格熱導(dǎo)率，而且還可以調(diào)節(jié)載流子濃度。方鈷礦中最典型的一個例子是CoSb3，它是一種抗磁性窄禁帶半導(dǎo)體材料，由于存在重原子的聲子散射，因此具有優(yōu)異的熱電性能[49]。圖1-3方鈷礦的晶體結(jié)構(gòu)。Ln、M和X原子分別用黑色、藍(lán)色和橙色表示[50]


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