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本文就新型CaAl2Si2结构Zintl相和I-型Clathrate化合物热电材料的组成设计、计算、合成与性能等方面进行了深入的理论分析和实验研究。主要完成了以下几个方面的工作:
1.从理论上计算了具有16e的CaAl2Si2结构Zintl相AT2Sb2体系(A=Ca,Sr,Eu;T=Zn,Cd)的带结构和态密度,发现CaZn2Sb2、SrZn2Sb2、CaCd2Sb2、SrCd2Sb2是半导体,费米面上态密度低;EuZn2Sb2和EuCd2Sb2是金属具有平坦的带结构,费米面上态密度高。
2.实验研究了SrZn2Sb2、CaCd2Sb2、EuZn2Sb2和EuCd2Sb2的热电性能,发现SrZn2Sb2和CaCd2Sb2是p-型半导体,与理论研究结果一致。CaCd2Sb2和SrZn2Sb2电阻率偏高,ZT值为0.04和0.15不宜作为热电材料。EuCd2Sb2和EuZn2Sb2是金属,与理论研究结果一致。EuCd2Sb2和EuZn2Sb2电阻率适宜ZT值为0.66和0.92,是潜在的热电材料。
3.实验研究的具有I-型Clathrate化合物BasCu6Ge40、Ba8Ni6Ge40和BasGa16Ge30的热电性能。发现Ba8Cu6Ge40是p-型半导体,Ba8Ni6Ge40是n-型半导体,Ba8Cu6Ge40和Ba8Ni6Ge40电阻率偏高,ZT值偏低,不宜作为热电材料。p-型半导体Ba8Ga16Ge30,电阻率适宜,ZT达0.78,是潜在的p-型热电材料。