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half-heusler合金NiMn_(1-x)Nb_xSb的磁性和半金属稳定性

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原子与分子物理学报 2012年第2期29卷 360-364页

作者：潘正坤杨秀德高钦翔张颂遵义师范学院物理系遵义563002 西南大学物理科学与技术学院重庆400715

基于密度泛函理论的第一性原理计算,我们系统地研究了half-heusler合金NiMn_1-_xNb_xSb的电子结构、磁性和半金属稳定性.结果表明合金的晶格常数和磁性分别很好地符合Vegard定理和S1ater-Pauling规则;当掺杂浓度为25%时,合金的费米面恰... 详细信息

基于密度泛函理论的第一性原理计算,我们系统地研究了half-heusler合金NiMn_1-_xNb_xSb的电子结构、磁性和半金属稳定性.结果表明合金的晶格常数和磁性分别很好地符合Vegard定理和S1ater-Pauling规则;当掺杂浓度为25%时,合金的费米面恰好位于其自旋向下带隙的中部.从而呈现最稳定的半金属性.此外,当前的研究也显示Ni-Mn和Ni-Nb之间的d电子杂化依赖于RKKY间接交换机制,共同贡献于合金的总磁矩.

关键词： half-heusler合金电子结构磁性半金属性

half-heusler合金CoMn_(1-x)Nb_xSb的电子结构和磁性研究

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西南师范大学学报（自然科学版） 2009年第3期34卷 44-50页

作者：吴兴月袁宏宽陈洪西南大学物理科学与技术学院重庆400715

采用密度泛函理论(DFT)在广义梯度近似(GGA)下的平面波超软赝势方法,研究了half-heusler合金CoMn1-xNbxSb(x=0,0.25,0.5,0.75,1)的电子结构和磁性.通过几何优化和能量计算,得到了合金的晶格常数、电子和自旋分布以及自旋磁矩的大小.通... 详细信息

采用密度泛函理论(DFT)在广义梯度近似(GGA)下的平面波超软赝势方法,研究了half-heusler合金CoMn1-xNbxSb(x=0,0.25,0.5,0.75,1)的电子结构和磁性.通过几何优化和能量计算,得到了合金的晶格常数、电子和自旋分布以及自旋磁矩的大小.通过分析得到当掺杂浓度x合金具有半金属铁磁性质,并且自旋磁矩随着Nb掺杂的增加而线性地减小,和Slater-Pauling曲线符合得很好.当掺杂浓度x=1时,体系从铁磁半金属转化成泡利金属.

关键词： half-heusler合金密度泛函理论(DFT) 半金属电子结构磁性

half-heusler合金XYZ(X=Cr,Mn,Fe;Z=S,Se)的第一性原理研究

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Half-Heusler合金XYZ(X=Cr,Mn,Fe;Z=S,Se)的第一性原理研究

作者：索龙凤燕山大学

学位级别：硕士

近年来,随着电子技术的飞速发展,高新技术领域对自旋电子学材料的要求越来越高,而具有高自旋极化率的半金属材料在新一代电子器件中扮演着重要角色。其中half-heusler半金属材料一般具有较高的居里温度和高自旋极化率,成为目前自旋电子... 详细信息

近年来,随着电子技术的飞速发展,高新技术领域对自旋电子学材料的要求越来越高,而具有高自旋极化率的半金属材料在新一代电子器件中扮演着重要角色。其中half-heusler半金属材料一般具有较高的居里温度和高自旋极化率,成为目前自旋电子学器件的理想备选材料之一。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算软件包VASP,结合缀加平面波赝势方法,计算了half-heusler合金XYZ(X=Cr,Mn,Fe;Z=S,Se)的电子结构、磁性及光学性质,此外,还研究了交换原子位置对半金属性的影响。主要研究内容如下:首先,对half-heusler合金XYZ(X=Cr,Mn,Fe;Z=S,Se)的铁磁态、反铁磁态和非磁态进行结构优化找到最稳定的磁性结构。在此基础上,计算分析其电子结构及磁性,并预测CrYS、MnYS和CrYSe具有半金属性质。其次,研究了CrYS、MnYS和CrYSe中交换X位与Y位原子位置和交换Z位与Y位原子位置对半金属性的影响,结合总态密度的计算结果分析半金属性改变的原因。最后,计算和分析了CrYS、MnYS和CrYSe的介电函数、复折射率、吸收系数、反射率及能量损失谱。

关键词：第一性原理 half-heusler合金半金属电子结构光学性质

悬浮熔炼制备half-heusler合金Zr_(1-x)Ti_xNiSn_(0.975)Sb_(0.025)及其热电性能

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稀有金属材料与工程 2009年第10期38卷 1831-1834页

作者：姜广宇徐绩赵波蔚翠朱铁军赵新兵浙江大学硅材料国家重点实验室浙江杭州310027

采用悬浮熔炼法合成了Zr1-xTixNiSn0.975Sb0.025(x=0,0.15,0.25,0.5)基half-heusler热电材料,X射线衍射结果表明所制备合金为单相。相对于常规方法,悬浮熔炼显著缩短了制备half-heusler合金的时间。同时研究了Ti取代及不同热压条件对材... 详细信息

采用悬浮熔炼法合成了Zr1-xTixNiSn0.975Sb0.025(x=0,0.15,0.25,0.5)基half-heusler热电材料,X射线衍射结果表明所制备合金为单相。相对于常规方法,悬浮熔炼显著缩短了制备half-heusler合金的时间。同时研究了Ti取代及不同热压条件对材料热电性能的影响。结果表明:ZrNiSn0.975Sb0.025合金进行A位取代可降低材料的热导率,而不会明显影响其热电性能。致密度可以影响材料的热电性能,适当的热压条件可以使合金的ZT值达到最大,约为0.45。

关键词： half-heusler合金热电材料悬浮熔炼热电性能

half-heusler合金TaCoSb的制备及Sn掺杂对其热电性能的影响

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西华大学学报（自然科学版） 2018年第3期37卷 68-72页

作者：王浚臣袁国才禹劲秋莫小波金应荣黄丽宏流体及动力机械教育部重点实验室(西华大学) 四川成都610039 西华大学先进材料及能源研究中心四川成都610039

通过粉末烧结、高能球磨和直流快速热压相结合的工艺制备高熔点half-heusler合金TaCoSb,热电性能测试结果表明TaCoSb是一种n型热电材料,电导率、热导率、塞贝克系数、ZT值在973 K时分别为0.58×105S·m^(-1)、3.8 W·m^(-1)K^(-1)、^(-1... 详细信息

通过粉末烧结、高能球磨和直流快速热压相结合的工艺制备高熔点half-heusler合金TaCoSb,热电性能测试结果表明TaCoSb是一种n型热电材料,电导率、热导率、塞贝克系数、ZT值在973 K时分别为0.58×105S·m^(-1)、3.8 W·m^(-1)K^(-1)、^(-1)10μV·K^(-1)、0.18。此外,本文还研究了Sb位进行Sn掺杂对TaCoSb热电性能的影响,实验结果发现:Sn掺杂使得样品的热导率和电导率同时下降,塞贝克系数略微增加,功率因子有所降低,最终材料的ZT值未见明显提升;鉴于TaCoSb的室温电导率较低,应该往Sb右侧方向掺杂改性。

关键词： half-heusler合金 TaCoSb 热电性能粉末烧结 Sn掺杂

原子无序对half-heusler合金CoCrAl电子结构及Seebeck系数的影响

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武汉科技大学学报 2019年第3期42卷 182-186页

作者：李春蓉卢志红王文静尹航武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉430081

采用真空电弧熔炼和放电等离子烧结技术制备了half-heusler合金CoCrAl,利用XRD对合金的物相结构进行表征,借助相关设备测试了合金的饱和磁矩及Seebeck系数,并将实验结果与分别基于C1b有序、XY及YZ无序结构的CoCrAl合金的模拟计算值进行... 详细信息

采用真空电弧熔炼和放电等离子烧结技术制备了half-heusler合金CoCrAl,利用XRD对合金的物相结构进行表征,借助相关设备测试了合金的饱和磁矩及Seebeck系数,并将实验结果与分别基于C1b有序、XY及YZ无序结构的CoCrAl合金的模拟计算值进行比较。结果表明,所制CoCrAl合金样品中除了完全有序的C1b结构相外还存在XY及YZ无序相。合金样品表现出典型的磁性金属特性且其Seebeck系数(绝对值)随着温度的升高呈先增加后降低的趋势,这与利用VASP和BoltzTraP软件包结合计算得到的CoCrAl合金的Seebeck系数随温度(300～800K)的变化趋势相符合。

关键词：原子无序 half-heusler合金 CoCrAl 热电性能电子结构 Seebeck系数

（ZrHf）（NiPt）（SnSb）高熵half-heusler合金热电性能研究

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（ZrHf）（NiPt）（SnSb）高熵half-Heusler合金热电性能研究

作者：王鹏将大连理工大学

学位级别：硕士

随着社会的飞速发展,能源需求量也在飞速增加,因此开发新的可再生能源或增加能源的利用率已经迫在眉睫。热电转化技术为缓解能源危机提供了一条有效途径。热电材料是一种能够将热能和电能互相转换的功能材料,通过运用帕尔贴效应和泽贝... 详细信息

随着社会的飞速发展,能源需求量也在飞速增加,因此开发新的可再生能源或增加能源的利用率已经迫在眉睫。热电转化技术为缓解能源危机提供了一条有效途径。热电材料是一种能够将热能和电能互相转换的功能材料,通过运用帕尔贴效应和泽贝克效应就可以实现制冷和发电两大功能,在工业余热利用、深空探测、车载冰箱以及恒温水浴槽等领域中有着广阔的应用。同时由于它具备无噪音、绿色无污染、使用寿命长、体积小等优势,一直被视为一种应用前景广阔的材料。其中,half-heusler合金因其优异的力学性能和热电性能成为热电领域研究的热点之一。然而,其热电性能提高仍然受到限制,主要问题是较高的晶格热导率。本文以Zr Ni Sn为基体,通过多晶位高熵固溶将高熵效应引入热电材料,利用高熵合金强烈的晶格畸变散射声子,降低热电材料的晶格热导率。利用磁悬浮熔炼、高能球磨、放电等离子烧结等方法制备出圆片状样品。在Zr Ni Sn的Zr位掺Hf、在Ni位掺Pt来调控材料的构型熵,并探究构型熵对Zr Ni Sn合金热电性能的影响规律。获得的主要结论如下:为获得最大的构型熵,在Zr位用Hf原子取代一半的Zr原子,同时为获得较大的晶格畸变选择用与Ni原子质量差和半径差较大的Pt原子部分取代Ni位。多元素多晶位替代使材料形成了严重的晶格畸变,对声子造成强烈的散射,显著降低了晶格热导率。在673 K时,ZrHfNiPtSn的晶格热导率降至2.1 W·m·K,比Zr Ni Sn基体降低了约58%。当只采用Hf元素替代时,样品的载流子浓度和载流子迁移率均增加。随着Pt元素替代含量的增加,样品的载流子迁移率明显降低,载流子浓度变化不大,因此样品的电导率降低。晶格热导率降低带来的增益无法弥补电性能降低对热电性能的恶化,最终导致材料的ZT值较Zr Ni Sn略有降低。在优化Pt元素替代含量的基础上对Hf元素的含量进行调整,优化材料热电性能的同时探究Hf元素对材料热电性能的影响。随Hf含量的升高载流子浓度几乎保持不变,而载流子迁移率出现轻微下降。当Hf原子取代一半Zr原子时,材料的晶格热导率最低。这主要是由于当晶格位置的原子一半被取代时材料的构型熵最大,也意味着晶格畸变最大,对声子的散射也是最强烈的。为进一步改善材料的热电性能,在Sn位掺杂Sb原子以调节载流子浓度,提升材料的电导率。室温下ZrHfNiPtSnSb样品的载流子浓度为6.1×10 cm,远高于未掺杂Sb元素时的1.6×10 cm。此外,随着Sb元素掺杂量的增加,样品的载流子迁移率逐渐增加。这是因为Sn位掺杂Sb原子抑制了样品中Zr/Sn原子无序的生成,抑制了合金散射。ZrHfNiPtSn的功率因子在923 K时达到了2.1 m W·m·K,比同温度下未掺杂Sb元素的样品高30%。由于获得较大功率因子的同时热导率增幅不大,ZrHfNiPtSnSb在923 K下获得了最大的ZT值0.53,比ZrHfNiPtSn样品提高了约23.3%。

关键词： half-heusler合金高熵热电材料晶格热导率

掺杂随机half-heusler合金的热电输运性质理论优化

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掺杂随机Half-Heusler合金的热电输运性质理论优化

作者：徐秀亭河北工业大学

学位级别：硕士

随着工业的发展和环保问题的日益突出,发展绿色能源已成为人们的共识。热电材料可以实现热能与电能的直接转化,能够有效的解决废热回收的问题,在能源领域扮演着越来越重要的角色。因此,寻找新型高效的热电材料是当前能源问题研究的重中... 详细信息

随着工业的发展和环保问题的日益突出,发展绿色能源已成为人们的共识。热电材料可以实现热能与电能的直接转化,能够有效的解决废热回收的问题,在能源领域扮演着越来越重要的角色。因此,寻找新型高效的热电材料是当前能源问题研究的重中之重。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算和玻尔兹曼输运方程,预测了几种准随机结构half-heusler合金热电材料,且详细研究了其电子结构和热电输运性能。主要研究结论如下:在MNi Sn(M=Ti,Zr,Hf)为母体材料基础上,进行同族元素Ti,Zr,Hf以50%的比例随机掺杂,得到TiZrNi Sn,TiHfNi Sn和ZrHfNi Sn三种准随机结构化合物。通过计算表明其热电性能与实验结果较好的吻合。与母体材料相比,掺杂后的化合物仍保持半导体特性,掺杂后的化合物的晶格热导率均低于母体材料,在1007 K时,载流子浓度为9.15×10 cm时,TiZrNi Sn取得最大的热电优值ZT为0.57。TiHfNi Sn在1010 K时,载流子浓度为8.86×10cm时取得最大的ZT值0.55。ZrHfNi Sn在906 K时,载流子浓度为-3.16×10cm时,取得最大的ZT值0.58。与母体材料Ti Ni Sn(0.35),Zr Ni Sn(0.496)和Hf Ni Sn(0.473)相比,掺杂后显著提高了材料的热电性能。研究了以化合物VFe Sb为母体材料进行不同族元素的随机掺杂,发现主族元素Bi掺杂的化合物Fe VSbBi不改变半导体性质,进行过渡金属Hf的随机掺杂化合物Fe VHfSb和Fe VHfSbBi出现了自旋劈裂,表现为半金属性质。系统研究了三种掺杂后化合物的热电输运特性,Fe VSbBi在掺杂浓度为10cm时,温度为834K时,ZT值最大为0.57。在0-1500K的整个温度范围内,化合物Fe VHfSb在掺杂浓度为10cm时ZT值最大为0.53,化合物Fe VHfSbBi在掺杂浓度为10cm时,ZT值最大为0.51。元素Bi掺杂的热电性能优于掺杂过渡金属元素Hf。

关键词： half-heusler合金准随机结构掺杂第一性原理热电材料

热电材料SrTiO3和HfXSn(X=Ni,Pd,Pt)half-heusler合金热电性能的第一性原理计算

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热电材料SrTiO3和HfXSn(X=Ni,Pd,Pt)half-Heusler合金热电性能的...

作者：张添欣昆明理工大学

学位级别：硕士

热电材料是一种可以将热能转变为电能的功能性材料,理论上在解决工业或生活废热上能有优异的表现。评价一个热电材料性能优异与否,最重要的一个标准就是材料将热能转化为电能的效率。从理论上研究热电材料,分析Seebeck系数、电导率、热... 详细信息

热电材料是一种可以将热能转变为电能的功能性材料,理论上在解决工业或生活废热上能有优异的表现。评价一个热电材料性能优异与否,最重要的一个标准就是材料将热能转化为电能的效率。从理论上研究热电材料,分析Seebeck系数、电导率、热导率以及载流子浓度、载流子迁移率与温度的关联,可以为实验提供理论指导,对提高热电材料的热电优值有着积极作用。本论文研究了La掺杂后SrLaTi O结构的电子结构、电运输性质和电子热导率。同时还利用密度泛函理论的方法对本征Hf XSn(X=Ni,Pd,Pt)半休式勒合金的ZT值进行了预测。首先,本文中我们通过使用第一性原理与半经典玻尔兹曼理论,对SrTiO热电材料在Sr位进行元素La掺杂计算。通过改变掺杂元素的浓度,分析不同掺杂浓度对电性能和热性能的影响,为工业化制备提供理论指导。经过理论计算与实验数据相结合,得到了SrTiO在不同掺杂浓度下的能带图,在能带图上可以得到费米能级进入到了导带中,且随着掺杂浓度的提高,费米能级向上移动。在850K时SrLaTi O的功率因子在所有样品中最大0.593 m W·m·K,同时在所有La掺杂的SrTiO中SrLaTi O的ZT值最大达到了0.127。在本文中,对half-heusler合金Hf XSn(X=Ni,Pd,Pt)的热电性能进行了探究。三种化合物显现出直接带隙的特征,Hf Ni Sn、Hf Pd Sn和Hf Pt Sn的带隙分别为0.3629e V、0.3789和0.8876。对于n型Hf XSn(X=Ni,Pd,Pt)化合物,Hf原子对CBM的贡献大于其他原子,而对于p型化合物,X(Pt,Pd和Ni)原子和Hf原子对VBM的贡献较大。并且通过对材料热电运输性质的对比分析,n型Hf XSn(X=Ni,Pd,Pt)的弛豫时间与载流子的迁移率均比p型Hf XSn(X=Ni,Pd,Pt)的高,这主要是因为电子和空穴的有效质量不同导致通过计算得出Seebeck系数、电导率在不同温度下与载流子浓度的变化趋势,同样算出晶格热导率和电子热导率与温度的关系。预测出n型Hf Pt Sn具有在1200 K时最大的ZT值0.906,对应的载流子浓度为4.7×10cm。p型Hf Pt Sn具有在1200 K时最大的ZT值为0.588,对应的载流子浓度为8.19×10cm。

关键词：热电材料第一性原理 SrTiO3 half-heusler合金电子结构