【摘 要】
:
在能源可持续发展的背景下,能够实现热与电直接相互转化的热电材料得到迅速发展。SnTe与Pb Te具有相似的物理化学性质,是一种非常有潜力的Pb Te替代材料。但是,过高的载流子浓度和较大的轻重带能量差限制了电性能,较小的带隙和较大的晶格热导率限制了热性能,所以SnTe的本征热电性能不高。本文以p型SnTe为研究对象,通过载流子浓度优化、能带结构调整和多尺度结构设计等策略提高了热电性能。借助XRD、
【基金项目】
:
国家自然科学基金面上项目(No.51871240);
论文部分内容阅读
在能源可持续发展的背景下,能够实现热与电直接相互转化的热电材料得到迅速发展。SnTe与Pb Te具有相似的物理化学性质,是一种非常有潜力的Pb Te替代材料。但是,过高的载流子浓度和较大的轻重带能量差限制了电性能,较小的带隙和较大的晶格热导率限制了热性能,所以SnTe的本征热电性能不高。本文以p型SnTe为研究对象,通过载流子浓度优化、能带结构调整和多尺度结构设计等策略提高了热电性能。借助XRD、SEM、能带结构计算和热电性能测试等分析手段揭示了热电性能变化背后的深层原因,主要的研究结论如下:首先,通过AgCl在SnTe阴-阳离子位置的双取代实现了电性能和热性能的协同优化。研究发现:双位取代对载流子浓度的影响和对能带结构的修饰改善了电性能;同时,由固溶点缺陷、晶界以及析出相组成的多尺度声子散射中心在较宽的温度范围内优化了热性能。最终,成分为(SnTe)0.91(AgCl)0.09的样品在773 K时获得了0.52的最高z T值,比纯相SnTe提高了52.9%。其次,通过Cu2Se固溶SnTe实现了热传输性能的独立优化。研究发现,Cu2Se溶解于SnTe基体几乎不影响载流子的电输运,同时会形成以点缺陷和纳米结构为主的多尺度声子散射中心。这样的结构组成在最小化对电性能影响的基础性上有效降低了高温区的晶格热导率。所以,在773 K时,z T值从纯相SnTe的0.34上升到(SnTe)0.99(Cu2Se)0.01的0.53。最后,选择塞贝克系数较高但电导率较低的CuGaTe2复合SnTe,实现了热电性能的综合优化。研究发现,CuGaTe2在SnTe中的最大固溶度为1%,当超过这个比例时析出CuGaTe2相。低掺杂时,固溶引起的载流子浓度优化和点缺陷散射分别提高了低温区的电性能和高温区的热性能;高掺杂时,CuGaTe2复合作用和相界面造成的声子散射分别优化了高温区的电性能和低温区的热性能;成分介于两者之间时,在很宽的温度范围内优化了热电性能。最终,(SnTe)0.96(CuGaTe2)0.04样品在773 K时实现了最佳的热电性能优化效果,z Tmax=0.78。
其他文献
析氧反应是电解水制氢的核心反应,但由于其复杂的四电子转移过程,严重地影响了电解水的发展进程。因此,加速高效催化剂的研发进程,从而提高析氧反应效率就显得极为迫切。在电解水催化电极材料中,以Pt为代表的贵金属催化剂的活性较高,但由于其价格昂贵,储量稀少,在电解质中易中毒失活的缺点,使得其无法得到规模化应用,即使是在电解水和燃料电池领域。综上,开发出兼具高性能、低成本且稳定性良好的非贵金属催化剂是目前工
氢气具备多种优势,将在未来社会发展中占据重要地位,电解水制氢作为非常有前景的技术引起了各界的广泛关注和深入研究,其中关键部分在于催化剂的研究。贵金属Pt类材料是目前性能最强的催化剂,但是高的成本及有限的储量限制了其推广应用。过渡金属类材料在电解水析氢方向表现较大的潜力,具有巨大的研究意义,但是如何提高其性能和稳定性仍然是一项艰巨的任务。鉴于此背景,本文以磷化钼复合碳材料样品(Mo P/C)为研究对
自主检测、自主调节、自主修复的自修复材料在受损后能够实现自我愈合,减少材料损耗和环境污染,而得到广泛研究,并在生物医疗、组织工程、医学工程、传感器、柔性电子等领域得到广泛应用。硼酸酯键作为一种新型的动态共价键,在室温下无需外界刺激即可实现受损材料的快速修复。然而,当前基于硼酸酯键的自修复材料仍存在需要额外的p H调节剂及机械强度弱等问题。本论文通过引入碱性单体制备了基于硼酸酯键的自修复聚合物材料,
电介质材料在电子和电气工业中有着广泛的应用前景,包括便携式电子设备、生物医学设备以及混合动力电动汽车等。随着电子电力系统的集成度和小型化发展,要求电介质材料具有高储能密度,电介质的介电常数和电压击穿强度与储能密度成正相关的关系。传统的陶瓷电介质介电常数高,但存在击穿强度低、制备过程复杂等缺点。聚合物电介质击穿强度高,但介电常数较低。将高介电常数的陶瓷和高击穿强度的聚合物结合,可以得到性能较优异的电
纳米复合材料不仅能够保持各组分材料性能的优点,还具有单一组成材料所不具备的良好综合性能,从而成为当下研究的热点。由于无毒无害、原材料易得、结构可控等诸多优点,近年来SiO2基纳米复合材料得到了广泛的研究。在这些材料中,金属氧化物(MxOy)/SiO2纳米复合材料大都是由两步法制备出来的,然而在这些制备方法中或多或少都存在一些困难和挑战,如MxOy纳米材料分散性难以控制以及产率也不高等问题。为了解决
氢能作为可再生能源,是传统化石能源的最理想可代替能源。电解水制氢技术是生产氢气最理想的高效清洁的方式。在实际的工业电解水过程中,电解水的实际外加电压远大于其理论分解电压,其可调能耗主要来自阳极发生的析氧反应(OER)和阴极发生的析氢反应(HER)过电位,尤其是具有复杂四电子(4e)转移过程的OER,其动力学缓慢,需要的过电位更高,因此OER和HER对电解水的整体效率至关重要。而OER和HER催化剂
为了减少对煤、石油、天然气等化石燃料的依赖,以及环境污染问题的日益严重,迫切需要用清洁高效可再生能源替代化石燃料。作为一种可再生清洁能源,氢能具有储量丰富,燃烧效率高,燃烧产物无污染等优点并吸引了大量关注。电解水制氢技术具有设备简单,操作便捷,产生的氢气纯度高等优点,是将来制氢技术的研究重点。Pt基催化剂是目前最好的电催化析氢反应(HER)催化剂,但由于其储量低,成本高,限制了其大规模工业应用。因
玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北缘,下三叠统百口泉组是我国首个亿吨级源上准连续型高效油藏群。异常高压的普遍发育,给钻井工程、油气勘探和生产造成了困难。然而对百口泉组异常高压的预测方法和整体分布认识。快速沉积导致的欠压实作用和他源超压是玛湖凹陷异常高压的主要成因机制。欠压实作用主要在泥岩中发挥作用,他源超压主要在砂岩中发挥作用。本文从百口泉组异常高压成因机制出发,选取对地层压力敏感的声波时差测井数据,对玛
随着我国许多成熟油田经历了长期的注水阶段后,储层脆性增大,导致在钻井过程,钻井液很容易浸入到油气层中,破坏储层结构,影响油气开采的稳定性,且污染油气层。因此,在油田三次开采阶段,亟需保护油气层的渗透性,常用的维护方法是屏蔽暂堵技术,它的基本目标是通过暂堵储层裂缝以防止钻井泥浆浸入油气层中,钻井结束后,可进行解堵,从而使储层得到有效开采。聚合物微球颗粒由于其特殊的结构、粘弹性等特点而成为近年来比较受
油田集输站场具有设备集中、工艺要求苛刻、生产连续性强等特点,储存运输过程中的介质多为易燃易爆、有毒有害等危化品,是油田安全生产运营管理的重点。本文针对大庆油田某集输站场,从危害因素识别和重大危险源识别两个方面进行分析研究,并以此为基础制定风险数据采集清单,对该油田集输站的主要工艺设备进行失效后果定量评价;利用RBI技术对站场设备进行研究,依据风险和失效后果进行了设备风险排序,以确定重点维护设备。通