【摘 要】
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氧化物热电材料因为高温稳定,无污染,制备方便等特性而受到了热情关注[1,2].用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)计算了失配层钴酸盐Ca3Co4O9及其掺La系列,讨论了电子结构,化学键等与热电性能之间的关系.Ca3Co4O9由CoO2和Ca2CoO3两层交替组成,这两层具有不同的晶胞参数b而称为失配层化合物.计算结果表明,Ca3Co4O9的态密度费米能级附近的价带和导带主要由Ca2CoO3层
【机 构】
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武汉理工大学理学院化学系,武汉,430070;武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉,430070
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氧化物热电材料因为高温稳定,无污染,制备方便等特性而受到了热情关注[1,2].用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)计算了失配层钴酸盐Ca3Co4O9及其掺La系列,讨论了电子结构,化学键等与热电性能之间的关系.Ca3Co4O9由CoO2和Ca2CoO3两层交替组成,这两层具有不同的晶胞参数b而称为失配层化合物.计算结果表明,Ca3Co4O9的态密度费米能级附近的价带和导带主要由Ca2CoO3层中的O 2p和Co 3d原子轨道贡献,这样,Ca3Co4O9的半导体性能,或热电性能主要由Ca2CoO3层决定,而与CoO2层无直接联系,这与一般的二元氧化物无热电性能,而三元氧化物可能有较好的热电性能的结论一致.Ca2CoO3层的Co-O共价键和离子键都比CoO2层中弱.Ca连接了CoO2和Ca2CoO3层的相互作用,降低了Co-O共价键和离子键强度,改善了热电性能.随着掺La量的增加,费米能级处价带和导带之间的能隙首先减小,随之达到最小值,进而又增大.由于能隙直接影响材料的半导体性能,或影响热电性能,因此,存在一个最佳掺杂量以达到热电性能的最佳改善,这与实验结论一致.
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