【摘 要】
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新发现的黄铜矿结构半导体Cu18Ga25Te50(Cu/Ga=0.72)存在固有的Cu空位缺陷,这种较高的铜空位率使得其成为很有潜力的热电材料。本文通过粉末冶金法利用放电等离子烧结(SPS)技术成
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新发现的黄铜矿结构半导体Cu18Ga25Te50(Cu/Ga=0.72)存在固有的Cu空位缺陷,这种较高的铜空位率使得其成为很有潜力的热电材料。本文通过粉末冶金法利用放电等离子烧结(SPS)技术成功制备出Cu18Ga25Te50,并对其进行热电性能的研究。在此基础上,通过不同的元素掺杂,研究了Cu18Ga25SbxTe50-x(x=0,1.875,2.5,3.125)、Cu18Ga25SbxTe50(x=1.5625,3.125,3.75,4.375)和(Cu18Ga25Te50)1-x(MnTe)x(x=0.05,0.1,0.15,0.2)三种材料的结构与热电性能。主要研究结果总结如下:1、在Cu18Ga25SbxTe50-x(x=0,1.875,2.5,3.125)系列材料中,我们采用Sb替换Te后,使得Sb-5p轨道在价带中与Cu-4s和Te-5p轨道发生杂化。随着Sb含量的增加,费米能级(Ef)钉扎作用消失并朝着价带内移动。这种能带结构的改变使得载流子浓度比Cu18Ga25Te50提升一个数量级以上,因此材料的功率因子显著提升。结合由晶格混乱度增加所降低的晶格热导率,在x=2.5,T=854 K时获得了该系列材料最高的ZT值(1.2)。2、在Cu18Ga25SbxTe50(x=1.5625,3.125,3.75,4.375)系列材料中,Sb的直接掺入使得材料的载流子浓度和有效质量显著增加,电导率增大。随着Sb含量的增加,材料的晶格热导率随温度升高逐渐降低,并在x=3.75时最低,该材料的最高ZT值达到最高值1.55,是Cu18Ga25Te50的1.9倍。3、在(Cu18Ga25Te50)1-x(Mn Te)x(x=0.05,0.1,0.15,0.2)系列材料中,MnTe的引入使得材料的电导率有一定的提升,同时材料的Seebeck系数随着MnTe含量的增加逐渐增大,明显高于本征材料。但是由于该系列材料的晶格热导率比未掺杂的高出很多,最终材料的最大ZT值仅为0.64(x=0.2,T=869 K)。
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