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单层Cu_(2)X的热电性质

物理学报 2023年第8期72卷 255-263页

作者：郑建军张丽萍中国矿业大学材料与物理学院徐州221116

具有低晶格热导率和高热电优值的二维(2D)材料可用于热电器件的制备.本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论,系统地预测了单层Cu_(2)X(X=S,Se)的热电性质.研究发现单层Cu_(2)Se较Cu_(2)S在室温下具有更低的晶格热导率(1.93 W/(m·K)和3.... 详细信息

具有低晶格热导率和高热电优值的二维(2D)材料可用于热电器件的制备.本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论,系统地预测了单层Cu_(2)X(X=S,Se)的热电性质.研究发现单层Cu_(2)Se较Cu_(2)S在室温下具有更低的晶格热导率(1.93 W/(m·K)和3.25 W/(m·K)),这源于其更低的德拜温度和更强的非谐性.单层Cu_(2)X(X=S,Se)价带顶处的能带简并效应显著增大了其载流子有效质量,导致p型掺杂下具有高的塞贝克系数和低的电导率.在最优掺杂浓度下,单层Cu_(2)S(Cu_(2)Se)n型的功率因数16.5 mW/(m·K^(2))(25.9 mW/(m·K^(2)))远高于其p型的功率因数1.1 mW/(m·K^(2))(6.6 mW/(m·K^(2))),且随着温度的提升这一优势将更加明显.温度为700 K时,单层Cu_(2)S和Cu_(2)Se在n型最优掺杂浓度下的热电优值可以达到1.85和2.82,高于p型最优掺杂浓度下的热电优值0.38和1.7.单层Cu_(2)X(X=S,Se)的优良热电性能可与近期报道的许多先进的热电材料相媲美,特别是单层Cu_(2)Se的热电优值高于众所周知的先进热电材料—单层SnSe(2.32).因此,单层Cu_(2)X(X=S,Se)是一类具有优异性能和良好应用前景的潜在热电材料.这些结果为后续探索2D热电材料的实验及应用提供了理论依据,并为深入了解声子热输运对热电优值的影响提供了新的见解.

关键词：第一性原理电导率热导率热电

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水热合成BiCl_3/Bi_2S_3复合材料的热电性能（英文）

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无机材料学报 2019年第3期34卷 328-334页

作者：王伟罗世阶鲜聪肖群杨洋欧云刘运牙谢淑红湘潭大学材料科学与工程学院湖南省薄膜材料与器件重点实验室湘潭411105 华盛顿大学机械工程系湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湘潭411201 湘潭大学低维材料与应用技术教育部重点实验室湘潭411105

采用水热合成法制备了由纳米棒组成的微米级球形Bi_2S_3颗粒,然后通过放电等离子烧结技术(SPS)将不同摩尔比例的BiCl_3/Bi_2S_3复合粉末制备成块体。加入适量的BiCl_3不仅提高了Bi_2S_3样品的导电率,而且降低了其热导率。Bi_2S_3复合0.5... 详细信息

采用水热合成法制备了由纳米棒组成的微米级球形Bi_2S_3颗粒,然后通过放电等离子烧结技术(SPS)将不同摩尔比例的BiCl_3/Bi_2S_3复合粉末制备成块体。加入适量的BiCl_3不仅提高了Bi_2S_3样品的导电率,而且降低了其热导率。Bi_2S_3复合0.5mol%BiCl_3的样品在762 K电导率最大,达到45.1 S·cm^(-1),远高于此温度下纯Bi_2S_3样品的电导率(12.9 S·cm^(-1))。Bi_2S_3复合0.25mol%BiCl_3的样品在762 K时热导率最低,为0.31 W·m^(-1)·K^(-1),低于同一温度下纯Bi_2S_3的0.47 W·m^(-1)·K^(-1)。在762 K下,Bi_2S_3复合0.25mol%BiCl_3的样品获得最大ZT值(0.63),比纯Bi_2S_3样品(0.22)提高了大约2倍。

关键词： Bi2S3 水热法球形颗粒放电等离子烧结热电

高性能Bi_(2)Te_(3-x)Se_(x)热电薄膜的可控生长

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物理学报 2021年第20期70卷 265-271页

作者：陈赟斐魏锋王赫赵未昀邓元北京航空航天大学杭州创新研究院杭州310052 北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100083

碲化铋基材料一直被认为是室温下性能最优异的热电材料之一,也是商用热电器件首选的块体材料.然而面对柔性或高密度设备等应用需求时,薄膜热电材料比块体材料更具优势.因此,提升薄膜材料热电性能及可控制备技术至关重要.与碲化铋基块体... 详细信息

碲化铋基材料一直被认为是室温下性能最优异的热电材料之一,也是商用热电器件首选的块体材料.然而面对柔性或高密度设备等应用需求时,薄膜热电材料比块体材料更具优势.因此,提升薄膜材料热电性能及可控制备技术至关重要.与碲化铋基块体材料和P型碲化铋基薄膜相比,N型碲化铋基薄膜的性能相对偏低.本工作利用磁控溅射法制备了一系列N型碲化铋薄膜,研究衬底温度和工作压强对薄膜生长模式的影响规律,从而通过溅射参数精确调控薄膜的形貌、结构和生长取向,在合适的衬底温度和工作压强的共同作用下,制备出(00l)方向层状生长的高质量致密薄膜.由于层状结构薄膜具有超高的面内载流子迁移率,该薄膜实现了大于10^(5) S/m的超高电导率.由于兼具高电导率与高Seebeck系数,该层状薄膜试样在室温下的功率因子高达42.5μW/(cm·K^(2)),克服了N型碲化铋基薄膜材料难以匹配P型碲化铋基薄膜材料的困难.

关键词： Bi_(2)Te_(3–x)Se_(x)薄膜磁控溅射热电功率因子

应变增强Nb掺杂SrTiO_(3)薄膜热电性能

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物理学报 2023年第9期72卷 144-150页

作者：马云鹏庄华鹭李敬锋李千清华大学材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室北京100084

高性能热电材料的发展有望帮助解决未来能源危机,且随着可穿戴器件的发展与应用,热电材料和器件除了要具备更高的热-电转化性能以外,还必须具有良好的柔性.将热电材料制成薄膜既可以为微型器件供电,也有潜力应用于柔性器件.本文使用脉... 详细信息

高性能热电材料的发展有望帮助解决未来能源危机,且随着可穿戴器件的发展与应用,热电材料和器件除了要具备更高的热-电转化性能以外,还必须具有良好的柔性.将热电材料制成薄膜既可以为微型器件供电,也有潜力应用于柔性器件.本文使用脉冲激光沉积方法,在商用SrTiO_(3)(STO)和La_(0.3)Sr_(0.7)Al_(0.65)Ta_(0.35)O_(3)(LSAT)衬底上制备得到了不同厚度的高质量铌掺杂钛酸锶薄膜(Nb:STO),并对薄膜的表面形貌、结构以及热电性能进行表征与测试.结果显示,使用LSAT作为衬底可以对薄膜施加面内压应变,随着薄膜厚度的增大,应变逐渐释放并接近于块体Nb:STO.随着厚度的增大,薄膜的热电性能逐渐提升,在STO衬底上生长的208 nm厚样品的室温功率因子相比于52 nm样品提升了187%.此外, 144 nm厚度的Nb:STO/LSAT薄膜室温塞贝克系数达到了265.95 μV/K,这是由于衬底应变导致薄膜样品的能带变化.本工作表明通过应变工程调控铌掺杂钛酸锶薄膜热电性能的可行性,为后续提高此类薄膜材料的热电性能提供了一种新思路.

关键词：脉冲激光沉积热电钛酸锶薄膜

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Ag掺杂Cu_2SnSe_3致相反热电性能及其复合提升

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无机材料学报 2019年第3期34卷 301-309页

作者：周一鸣周玉玲庞前涛邵建伟赵立东北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 中航沈飞民用飞机有限责任公司沈阳110034 中国石油天然气股份有限公司辽宁铁岭销售分公司铁岭112000 中国航发沈阳黎明航发发动机有限责任公司沈阳110043

热电材料可有效回收废热并将其转化为电能,然而转换效率受复杂耦合热电参数的限制。高效热电材料需要具有优异的电传输和良好的隔热性能。具有类金刚石结构的Cu2SnSe3是一种潜在的中温区热电材料,本研究通过在Sn位和Cu引入Ag离子,分别... 详细信息

热电材料可有效回收废热并将其转化为电能,然而转换效率受复杂耦合热电参数的限制。高效热电材料需要具有优异的电传输和良好的隔热性能。具有类金刚石结构的Cu2SnSe3是一种潜在的中温区热电材料,本研究通过在Sn位和Cu引入Ag离子,分别获得了高电传输相Cu2Sn0.93Ag0.07Se3和低热传输相Cu1.91Ag0.09SnSe3,然后通过机械混合和烧结制备了Cu2Sn0.93Ag0.07Se3和Cu1.91Ag0.09SnSe3两相复合的材料。利用两相材料的晶体结构相同和晶格常数匹配的特点,在高温段有效地协同调控了Cu2SnSe3材料的电输运和热输运性能,从而使材料的高温热电性能得到优化,用有效介质理论很好地描述了高性能的两相复合材料的电和热传输行为。

关键词：热电有效介质理论类金刚石结构 Cu2SnSe

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硒化亚铜薄膜热电性能研究进展

物理学报 2021年第7期70卷 1-14页

作者：杨亮亮秦源浩魏江涛宋培帅张明亮杨富华王晓东中国科学院半导体研究所半导体集成技术工程研究中心北京100083 中国科学院大学微电子学院及材料与光电研究中心北京100049 北京量子信息科学研究院北京100193 北京市半导体微纳集成工程技术研究中心北京100083

热电材料可以实现热能和电能的相互转换,它是一种环境友好的功能性材料.当前,热电材料的热电转换效率低,这严重制约了热电器件的大规模应用,因此寻找更加优异热电性能的新材料或提高传统热电材料的热电性能成为热电研究的主题.与块状材... 详细信息

热电材料可以实现热能和电能的相互转换,它是一种环境友好的功能性材料.当前,热电材料的热电转换效率低,这严重制约了热电器件的大规模应用,因此寻找更加优异热电性能的新材料或提高传统热电材料的热电性能成为热电研究的主题.与块状材料相比,薄膜具有二维的宏观性质和一维的纳米结构特性,方便研究材料的物理机制与性能的关系,还适用于制备可穿戴电子设备.本文总结了Cu_(2)Se薄膜5种不同的制备方法,包括电化学沉积、热蒸发、旋涂、溅射以及脉冲激光沉积.另外,结合典型事例,总结了薄膜的表征手段,并从Cu_(2)Se的电导率、塞贝克系数和热导率等参数出发,讨论了各个参数对热电性能的影响机制.最后介绍了Cu_(2)Se薄膜热电的热门应用方向.

关键词：热电 Cu_(2)Se 薄膜薄膜制备柔性热电

热电材料Ag_(0.8)Pb_(18)SbTe_(20-x)Se_x的高压制备与性能

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四川大学学报（工程科学版） 2012年第1期44卷 189-191,201页

作者：宿太超周佑默李小雷李尚升胡强贺春元马红安贾晓鹏河南理工大学材料科学与工程学院河南焦作454000 吉林大学超硬材料国家重点实验室吉林长春130012

采用高压合成技术,制备了热电材料Ag0.8Pb18SbTe20-xSex(x=0,5,10,15)。研究了合成压力及Se含量对其结构和热电输运性质的影响。X射线衍射测试发现,Ag0.8Pb18SbTe20-xSex样品具有单相的NaCl结构,晶格常数随Se含量的增大而减小。室温下... 详细信息

采用高压合成技术,制备了热电材料Ag0.8Pb18SbTe20-xSex(x=0,5,10,15)。研究了合成压力及Se含量对其结构和热电输运性质的影响。X射线衍射测试发现,Ag0.8Pb18SbTe20-xSex样品具有单相的NaCl结构,晶格常数随Se含量的增大而减小。室温下的测试结果表明,高压和置换Se对AgPb18SbTe20电学性质的影响作用相似,随合成压力及x的增大,Ag0.8 Pb18 SbTe20-x Sex的电阻率及赛贝克(Seebeck)系数降低。4 GPa高压合成的Ag0.8 Pb18SbTe20-xSex(x=10)样品具有较高的功率因子(18.90μ***-1.K-2),同时其热导率较低(1.35 W.m-1.K-1),室温下其最大的品质因子ZT值高达0.40。

关键词：压力热电 X射线衍射赛贝克系数热导率

脉冲激光沉积中高能量密度激光密度对Cu_2Se热电薄膜成分与性能的影响

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无机材料学报 2015年第10期30卷 1115-1120页

作者：吕艳红陈吉堃 DoBELI Max 李宇龙史迅陈立东中国科学院上海硅酸盐研究所中国科学院能量转换材料重点实验室上海200050 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 瑞士苏黎世联邦理工大学粒子物理中心

本工作提出了脉冲激光沉积法生长Cu2Se热电材料薄膜中维持较高的激光切削能量密度对于实现薄膜与靶材成分等比例传输的重要性。使用较高的脉冲激光能量生长的Cu2Se薄膜具有纯的?-相,并具有与靶材相近的化学组分。这主要是因为较高的激... 详细信息

本工作提出了脉冲激光沉积法生长Cu2Se热电材料薄膜中维持较高的激光切削能量密度对于实现薄膜与靶材成分等比例传输的重要性。使用较高的脉冲激光能量生长的Cu2Se薄膜具有纯的?-相,并具有与靶材相近的化学组分。这主要是因为较高的激光能量可以更加有效地引起等离子体对激光-固体直接作用的屏蔽,这可以使得靶材中的铜和硒元素的激光切削量更加接近靶材的化学计量比。由于硒具有较高的蒸汽压,降低激光能量会加强激光与固体的直接作用,从而更有效地切削硒元素,导致所沉积薄膜中产生铜缺陷。进一步讨论了所使用的氩气背景气体压力对于所生长的Cu2Se薄膜热电性能的影响。当使用高激光能量低背景气体压力时,所生长的薄膜具有最佳的热电性能。

关键词： Cu_(2)Se薄膜脉冲激光沉积热电激光能量

高填充量Ba_xEu_yCo_4Sb_(12)方钴矿热电性能研究(英文)

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无机材料学报 2013年第2期28卷 224-228页

作者：吴汀柏胜强史迅陈立东中国科学院上海硅酸盐研究所能源材料研究中心上海200050

利用熔融法和等离子放电烧结(SPS)制备单相双原子填充BaxEuyCo4Sb12方钴矿材料并测试其高温热电性能。实验发现,在高填充量下(x+y>40%),材料在高温时具有高的功率因子(>60 W/(cm K2))。在方钴矿的晶格空洞中同时引入Ba和Eu两种填充原子... 详细信息

利用熔融法和等离子放电烧结(SPS)制备单相双原子填充BaxEuyCo4Sb12方钴矿材料并测试其高温热电性能。实验发现,在高填充量下(x+y>40%),材料在高温时具有高的功率因子(>60 W/(cm K2))。在方钴矿的晶格空洞中同时引入Ba和Eu两种填充原子,能增强晶格声子散射,从而大幅降低方钴矿的晶格热导。实验证实,BaxEuyCo4Sb12体系的晶格热导显著降低,其室温晶格热导最低达1.7 W/(m K)。与此对应的是双原子填充BaxEuyCo4Sb12方钴矿材料的热电优值(ZT值)明显增大,其中Ba0.19Eu0.23Co4Sb12的ZT值在850 K时达到了1.3。

关键词：热电填充方钴矿输运性能