江润璐 1吴鑫 1郭昊骋 1郑琦 1,*[ ... ]江莞 1,2
作者单位
摘要
1 1.东华大学 1. 材料科学与工程学院, 纤维改性国家重点实验室
2 2.功能材料研究中心, 上海 201620
热电材料能够实现热能与电能之间直接转换, 在绿色制冷、废热回收等领域具有广阔的应用前景。目前, 对热电材料的研究主要集中在无机半导体材料和导电高分子材料上, 虽然取得了很大进展, 但探索其它新型热电材料仍具有重要意义。金属-有机框架(Metal-Organic frameworks, MOFs)是一种由有机配体和金属离子或团簇通过配位键形成的晶态多孔材料, 具有独特的多孔结构以及组分结构可调等优势, 在一定程度上可以满足“电子晶体-声子玻璃”的要求。本研究采用导电客体分子促进电荷传输的策略, 将导电高分子聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)原位聚合到锆基MOFs材料UiO-67中, 利用MOFs的有序孔道对PEDOT分子链的限域作用, 提升复合材料的电子传导能力。制备得到的PEDOT/UiO-67的电学性能研究表明, 该复合材料室温电导率最高可达5.96×10−3 S·cm−1, 比PEDOT高出1个数量级。同时, 该材料具有热电性能响应, 室温功率因子(Power Factor, PF)最高可达3.67×10−2 nW·m−1·K−2。本工作以MOF的有序孔道为反应平台, 通过简单的原位聚合合成方法构建了导电聚合物/ MOFs导电材料, 为进一步开发MOFs基热电材料提供了参考。
金属-有机框架 聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT) 电子传输 热电性能 metal-organic framework poly(3,4-ethyldioxythiophene) electrical conductivity thermoelectric property 
无机材料学报
2023, 38(11): 1338
鲁志强 1,2刘可可 1,2李强 1,2胡芹 1,2[ ... ]唐新峰 1,2,*
作者单位
摘要
1 1.武汉理工大学襄阳示范区, 湖北隆中实验室, 襄阳 441000
2 2.武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 430070
3 3.武汉理工大学 纳微结构研究中心, 武汉 430070
晶粒细化是提高Bi0.5Sb1.5Te3合金力学性能的有效途径, 但是粉末冶金过程中晶粒细化导致的类施主效应会严重劣化材料热电性能, 制约了Bi0.5Sb1.5Te3基合金在微型热电器件中的应用。本研究围绕p型Bi0.5Sb1.5Te3基合金, 采用实验结合理论计算系统研究了粉末冶金制备过程中研磨和脱附气氛对烧结样品中类施主效应和电热输运性能的影响规律和机制。Bi0.5Sb1.5Te3基合金破碎研磨过程中粉体表面产生缺陷$~\text{V}_{\text{Te}}^{\cdot \cdot }$和${{\text{{V}'''}}_{\text{Sb}}}$并物理吸附空气中的O2, 在烧结过程中与吸附的O2发生缺陷化学反应, 产生大量$\text{V}_{\text{Te}}^{\cdot \cdot }$空位和自由电子, 导致类施主效应, 使空穴浓度大幅降低。在保护气氛下(Ar气氛)研磨避免接触空气或在空气中研磨后放置在保护气氛下脱附O2, 都可以有效抑制类施主效应, 使样品保持较高的载流子浓度和电导率, 且性能在473 K下保持稳定。在空气中研磨后直接烧结的样品和放置在空气中粉体烧结的样品表现出明显的类施主效应, 样品的载流子浓度从保护气氛处理样品的4.49×1019 cm−3下降至3.21×1019 cm−3, 采用保护气氛处理的粉体烧结样品在402 K下获得最高的热电优值ZT为1.03, 平均ZTave为0.92。该研究为调控p型多晶Bi2Te3基化合物的类施主效应和优化其热电性能提供了新思路。
Bi0.5Sb1.5Te3合金 类施主效应 载流子浓度 热电性能 Bi0.5Sb1.5Te3 alloy donor-like effect carrier concentration thermoelectric property 
无机材料学报
2023, 38(11): 1331
作者单位
摘要
中国石油大学(北京)能源交叉学科基础研究中心,油气光学探测技术北京市重点实验室,北京 102249
具有低晶格热导率的稀土硫族化合物Y2Te3是一种非常有前途的新型热电材料,施加应变是调控热电材料热电性能的有效手段。本文采用第一性原理方法结合半经典玻尔兹曼输运理论,通过施加-4%到4%的应变对Y2Te3材料的热电性能进行应变调控。研究表明,施加压缩应变对Y2Te3材料热电性能的提高优于施加拉伸应变。300 K下p型Y2Te3的最大功率因数由0.4 mW·m-1·K-2提升到1.6 mW·m-1·K-2,n型Y2Te3在压缩应变下最大功率因数由8 mW·m-1·K-2提升到11 mW·m-1·K-2。300 K下p型Y2Te3在应变调控下最大热电优值ZT由0.07提升到0.15,n型Y2Te3在压缩应变下最大热电优值ZT由0.7提升到0.9。因此,n型Y2Te3具有非常优异的热电性能,通过施加应变可以有效调控Y2Te3材料的热电性能,n型Y2Te3具有作为热电材料的巨大潜力。
热电材料 应变 热电性能 硫族化合物 第一性原理 thermoelectric material strain thermoelectric property Y2Te3 Y2Te3 chalcogenide first-principle 
人工晶体学报
2023, 52(8): 1422
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Radiology Technology, College of Health and Medical Technology, Middle Technical University (MTU), Baghdad, Iraq
2 Department of Physics, College of Education for Pure Science (Ibn-AL-Haitham), University of Baghdad, Baghdad, Iraq
Significant advancements in nanoscale material efficiency optimization have made it feasible to substantially adjust the thermoelectric transport characteristics of materials. Motivated by the prediction and enhanced understanding of the behavior of two-dimensional (2D) bilayers (BL) of zirconium diselenide (ZrSe2), hafnium diselenide (HfSe2), molybdenum diselenide (MoSe2), and tungsten diselenide (WSe2), we investigated the thermoelectric transport properties using information generated from experimental measurements to provide inputs to work with the functions of these materials and to determine the critical factor in the trade-off between thermoelectric materials. Based on the Boltzmann transport equation (BTE) and Barden-Shockley deformation potential (DP) theory, we carried out a series of investigative calculations related to the thermoelectric properties and characterization of these materials. The calculated dimensionless figure of merit (ZT) values of 2DBL-MSe2 (M = Zr, Hf, Mo, W) at room temperature were 3.007, 3.611, 1.287, and 1.353, respectively, with convenient electronic densities. In addition, the power factor is not critical in the trade-off between thermoelectric materials but it can indicate a good thermoelectric performance. Thus, the overall thermal conductivity and power factor must be considered to determine the preference of thermoelectric materials.Significant advancements in nanoscale material efficiency optimization have made it feasible to substantially adjust the thermoelectric transport characteristics of materials. Motivated by the prediction and enhanced understanding of the behavior of two-dimensional (2D) bilayers (BL) of zirconium diselenide (ZrSe2), hafnium diselenide (HfSe2), molybdenum diselenide (MoSe2), and tungsten diselenide (WSe2), we investigated the thermoelectric transport properties using information generated from experimental measurements to provide inputs to work with the functions of these materials and to determine the critical factor in the trade-off between thermoelectric materials. Based on the Boltzmann transport equation (BTE) and Barden-Shockley deformation potential (DP) theory, we carried out a series of investigative calculations related to the thermoelectric properties and characterization of these materials. The calculated dimensionless figure of merit (ZT) values of 2DBL-MSe2 (M = Zr, Hf, Mo, W) at room temperature were 3.007, 3.611, 1.287, and 1.353, respectively, with convenient electronic densities. In addition, the power factor is not critical in the trade-off between thermoelectric materials but it can indicate a good thermoelectric performance. Thus, the overall thermal conductivity and power factor must be considered to determine the preference of thermoelectric materials.
ZT thermoelectric property 2D-bilayer Boltzmann-transport equation TE power factor 
Journal of Semiconductors
2023, 44(3): 032001
作者单位
摘要
1 1.上海电机学院 材料学院, 上海 201306
2 2.同济大学 材料科学与工程学院, 上海201804
3 3.山东大学 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
4 4.浙江大学 材料科学与工程学院, 杭州 310027
Zintl相Mg3X2(X= Sb, Bi)基热电材料以其无毒性、价格低及性能高等优点而备受关注。与多晶相比, Mg3X2晶体在揭示材料本征热电性能、各向异性性质及电声输运调控策略等方面极具研究价值。本文系统归纳与总结近年Mg3X2基晶体的生长及热电性能发展现状。针对Mg3X2晶体生长过程中Mg元素易挥发和活泼金属性的难点, 多种技术如合适的温度冷却法、定向凝固法、助熔剂法、助熔剂坩埚下降法等被开发运用于生长Mg3X2晶体, 其中助熔剂坩埚下降法在获得大尺寸块状晶体方面更有竞争力。n型和p型Mg3Sb2晶体都呈现出各向异性的热电性能。调控晶体生长速度、Mg元素自补偿含量、杂质元素掺杂与固溶含量等手段, 都会影响Mg3X2晶体的电学性能和热学性能。目前p型和n型Mg3Sb2基晶体的最高ZT值可分别达到0.68和0.82。本文综述了Zintl相Mg3X2基晶体生长与热电性能的研究进展, 发现助熔剂坩埚下降法是制备大尺寸Mg3X2基晶体的关键, 通过元素掺杂及固溶方法调控载流子浓度和能带结构可以进一步提高Mg3X2基晶体性能。该生长方法和研究思路对将来Mg3X2基晶体制备与热电性能深入研究具有重要指导意义。
Zintl相 Mg3X2 晶体生长 热电性能 综述 Zintl phase Mg3X2 crystal growth thermoelectric property review 
无机材料学报
2022, 38(3): 270
作者单位
摘要
MgAgSb是一种具有潜力且元素储量相对丰富的室温热电材料, 有望用于构建高性能可穿戴温差电池。本研究尝试在聚酰亚胺(PI)基底上磁控溅射制备MgAgSb薄膜, 并系统研究退火条件对其热电性能的影响。结果表明样品未形成纯相的MgAgSb柔性热电薄膜, 而是形成了由Ag3Sb、MgO及Sb2O4多相组成的柔性薄膜, 其中Ag3Sb起主要热电功能。不同气氛退火可以显著提升MgO-Ag3Sb-Sb2O4 (Mg-Ag-Sb)柔性薄膜的热电性能, 其中真空处理性能最佳。在真空条件下, 随着退火温度升高, 柔性薄膜的热电性能呈现先增加后减少的趋势, 当退火温度为573 K时热电性能最佳, 室温附近功率因子达到74.16 μW?m-1?K-2。并且, 薄膜表现出较好的柔性, 弯曲900次后, 电导率仅变化了14%。本研究为MgAgSb柔性热电薄膜的制备及可穿戴应用提供了参考。
MgAgSb 退火处理 热电性能 柔性薄膜 MgAgSb annealing treatment thermoelectric property flexible film 
无机材料学报
2022, 37(12): 1302
作者单位
摘要
武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 430070
Cu2SnSe3基化合物作为一种绿色环保的新型热电材料, 近年受到了研究者的广泛关注。然而, 本征Cu2SnSe3基化合物载流子浓度低、电性能较差。为优化Cu2SnSe3化合物的电热输运性能, 本研究采用熔融、退火结合放电等离子烧结技术制备了一系列Cu2SnSe3-xTex (x=0~0.2)和Cu2Sn1-yInySe2.9Te0.1 (y=0.005~0.03)样品, 研究了Te固溶和In掺杂对材料电热输运性能的影响。Te在Cu2SnSe3-xTex (x=0~0.2)化合物中的固溶度为0.10, Te固溶显著增加了材料的载流子有效质量, 从本征Cu2SnSe3样品的0.2me增加到Cu2SnSe2.9Te0.1样品的0.45me, 显著提高了材料的功率因子, Cu2SnSe2.99Te0.01样品在300 K下获得最大功率因子为1.37 μW·cm-1·K-2。为了进一步提高材料的电传输性能, 本研究以Cu2SnSe2.9Te0.1为基体并选取In在Sn位掺杂。In掺杂将Cu2SnSe3基化合物的载流子浓度从5.96×1018 cm-3 (Cu2SnSe2.9Te0.1)显著提高到2.06×1020 cm-3 (Cu2Sn0.975In0.025Se2.9Te0.1)。调控载流子浓度促进了材料多价带参与电传输, 材料的电导率和载流子有效质量显著增加, 功率因子得到大幅度提升, 在473 K下Cu2Sn0.995In0.005Se2.9Te0.1化合物获得最大功率因子为5.69 μW·cm-1·K-2。由于电输运行性能显著提升和晶格热导率降低, Cu2Sn0.985In0.025Se2.9Te0.1样品在773 K下获得最大ZT为0.4, 较本征Cu2SnSe3样品提高了4倍。
Cu2SnSe3基化合物 Te掺杂 In掺杂 热电性能 Cu2SnSe3-based compound Te doping In doping thermoelectric property 
无机材料学报
2022, 37(10): 1079
作者单位
摘要
大连理工大学 材料科学与工程学院, 辽宁省凝固控制与数字化制备技术重点实验室, 大连 116024
In2O3作为一种良好的光电和气敏材料, 因高温下具有优异的热电性能在热电领域也获得广泛关注。本研究通过固相反应法结合放电等离子烧结(SPS)成功将原位自生的InNbO4第二相引入到In2O3基体中, 优化了块体样品的制备工艺。同时, InNbO4改善了样品的电输运性能, 使载流子浓度明显提高, 在1023 K时电导率最高可达1548 S·cm-1, 高于大多数元素掺杂的样品。其中, 0.998In2O3/0.002InNbO4样品的热电性能测试表明, 在1023 K时, 其功率因子可达到0.67 mW·m-1·K-2, 热电优值(ZT)达到最高值0.187。综上所述, 通过在In2O3中原位复合InNbO4第二相可以很好地改善In2O3基热电陶瓷的电性能, 进而调控其高温热电性能。
热电材料 In2O3 InNbO4 高温热电性能 thermoelectric materials In2O3 InNbO4 thermoelectric property at high temperature 
无机材料学报
2022, 37(7): 724
作者单位
摘要
福建工程学院材料科学与工程学院,福州 350118
窄带隙半导体材料Mg2Sn具有丰度大、密度低、无毒及环境友好等特点,是中低温热电材料的优秀候选者。本文基于密度泛函理论,结合不同形式的电子交换关联能系统分析了Mg2Sn晶体的弹性系数、声子振动谱和电子能带结构,并基于非平衡玻尔兹曼输运理论计算了Mg2Sn的热电性能。结果表明,GGA-PBE作为电子交换关联能可以很好地拟合立方相Mg2Sn的力学性能(声子振动谱无虚频率),其体弹性模量为42.1 GPa且各向同性。同时,当工作温度高于300 K,Mg2Sn的德拜温度开始趋于平缓且不高于315 K,表明Mg2Sn在该温度区域内具有低声子热导率。使用B3LYP作为电子交换关联能可以估算Mg2Sn费米能级附近的电子结构,发现价带顶附近存在三重简并态。同时计算结果表明,Mg2Sn p型掺杂下的热电优值(ZT值)优于n型掺杂,可达1.05。本研究结果为进一步优化Mg2Sn热电性能的研究提供借鉴。
第一性原理 弹性性能 玻尔兹曼输运 热电性能 掺杂 first-principle Mg2Sn Mg2Sn elastic property Boltzmann transport thermoelectric property doped 
人工晶体学报
2021, 50(9): 1633
作者单位
摘要
在GeTe-Bi2Te3赝二元系统中, (GeTe)n(Bi2Te3)m化合物往往具有较低的晶格热导率, 但其中很多组分的热电性能尚未得到系统研究。本研究通过熔融、淬火、退火结合放电等离子烧结工艺制备了一系列(GeTe)nBi2Te3(n=10, 11, 12, 13, 14)单相多晶样品, 并对其相组成和热电性能进行表征和研究。掺杂Bi2Te3可以显著增强点缺陷声子散射, 大幅度降低材料的晶格热导率, 在723 K时, (GeTe)13Bi2Te3样品的总热导率低至1.63 W?m -1?K -1。此外, 掺杂Bi2Te3和调控GeTe的相对含量, 提高了材料的载流子有效质量, 即使在较高的载流子浓度下, 样品依然保持较高的塞贝克系数和功率因子, 在723 K, (GeTe)13Bi2Te3样品获得最大的功率因子为2.88×10 -3 W?m -1?K -2, 最终(GeTe)13Bi2Te3样品在723 K获得的最大ZT值达到1.27, 较未掺杂的GeTe样品提高了16%。
Bi2Te3掺杂 结构 热电性能 GeTe GeTe Bi2Te3 doping structure thermoelectric property 
无机材料学报
2021, 36(1): 75

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