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热电材料作为一种能够实现热能和电能之间相互转换的新型能源材料,已经成为当前材料科学领域研究的热点。本论文的主要内容是含有笼状结构的两类新颖锑化合物Rb16Cd25.39(3)Sb36和BaCu7.31(3)Sb5的合成,结构,性能和理论研究。本论文采用中高温固相法得到了2个新颖的化合物Rb16Cd25.39(3)Sb36和BaCu7.31(3)Sb5。通过单晶X-射线衍射法确定了这些化合物的晶体结构并对它们的能带结构、热电性质、磁性和导电性等进行了研究。
第一章主要介绍了热电效应的理论基础,热电材料的研究进展及本论文的研究内容。
第二章主要介绍所用的化学药品、合成实验的方法和设备、测试仪器以及理论计算方法。
第三章报道了化合物Rb16Cd25.39(3)Sb36的合成,晶体结构、相宽探索、热电性质和电子结构。化合物Rb16Cd25.39(3)Sb36的阴离子骨架主要是含有[001]方向的平行无限十二面体Cd8Sb12笼链,每相邻的四条笼链围成一个沿着c方向的通道,Rb原子填充在十二面体的中心及通道中。化合物的Cd8Sb12十二面体中不含Cd-Cd键,是一种能量上有利的原子分布方式。本论文探讨了投料比和实验温度对于合成反应的影响,同时由于Cd的不完全占据,本论文尝试了10个平行反应来研究化合物的相宽问题,样品的粉末衍射数据结果表明该化合物不存在相宽。电导率测试表明化合物呈现半导体性质,与理论计算结果相一致。此外,热电测试表明化合物Rb16Cd25.39(3)Sb36的热导率几乎不随温度变化而变化,化合物的热电优值ZT在466K达到0.04。
第四章描述了化合物BaCu7.31(3)Sb5的合成,晶体结构、电子结构和物理性质。化合物BaCu7.31(3)Sb5同构于BaNi9P5和Ba2Cu15.33As10,空间群为P63/mmc。该化合物的结构特征是含有笼中填充Ba原子的30原子组成的Cu18Sb12笼。Cu18Sb12笼通过共用对面的六边形面Cu3Sb3形成沿c方向的笼链,而笼链通过共用菱形面Cu2Sb2沿着[100],[0101][110]方向与周围的6条笼链形成三维网络结构。物理性能测试表明BaCu7.31(3)Sb5呈金属性和Pauli顺磁性特征,这与电子结构计算得到的结果相符合。同时,理论计算了从固体单质生成化合物Ba2CuxSb10(x=12,15,18)的生成能,结果表明化合物Ba2Cu15Sb10是热力学更稳定的状态。
第五章主要是对本论文的工作进行总结,并展望了下一阶段的工作重点。