含導電網路的氮化鉻基納米複合熱電材料的設計及最佳化

《含導電網路的氮化鉻基納米複合熱電材料的設計及最佳化》是依託電子科技大學,由姜晶擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：含導電網路的氮化鉻基納米複合熱電材料的設計及最佳化
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：姜晶

項目摘要

氮化鉻（CrN）材料具有塞貝克係數大、熱導率低、環境友好、原材料豐富且價格低廉的優點，是一種極具套用潛力的熱電材料。然而，由於CrN材料的電導率較低，且難以與塞貝克係數、熱導率協同最佳化，導致目前CrN材料的熱電優值較低，限制了其進一步發展。本項目擬通過對CrN材料的製備與熱電輸運機制的研究，探索提高其熱電優值的方法。系統研究如何利用CrN晶粒的納米化、摻雜以及晶粒間三維導電網路的構建等手段解決CrN材料電、熱輸運協同調控難題。研究材料的納米結構設計與可控制備、摻雜的最佳化設計以及導電網路的形成演變規律，研究材料組成、納米結構形態以及導電網路結構特徵對材料電熱輸運特性的影響機制及互動影響效應。獲得材料的組分與結構最佳化設計，掌握高性能CrN基納米複合材料製備關鍵技術，為CrN基熱電材料的未來套用奠定基礎。

結題摘要

氮化鉻（CrN）材料具有塞貝克係數大、熱導率低、環境友好、原材料豐富且價格低廉的優點，是一種極具套用潛力的熱電材料。然而，由於CrN材料的電導率較低，且難以與塞貝克係數、熱導率協同最佳化，導致目前用作熱電材料的CrN熱電優值較低，限制了其進一步發展。本項目通過對CrN材料的製備與熱電輸運機制的研究，探索提高其熱電優值的方法。本項目研究了適宜較大規模製備納米CrN材料的低成本可控化製備方法。本項目通過利用鉻金屬粉末在高溫下直接與氨氣發生反應生成CrN的純相材料，在大大簡化CrN製備工藝的同時獲得了粒徑分布在400~500nm的高質量CrN粉末，樣品的無量綱熱電優值達到了0.119，功率因子則在850K時達到最大值1.83μW·cm-2K-1，本項目基於實驗與理論計算，通過不同元素摻雜的方式探索了對CrN材料的熱電輸運性能進行協同最佳化的途徑。本項目利用第一性原理計算確定了Ge摻雜對於CrN熱電輸運性質改善優於同族元素，並通過實驗摻雜不同濃度的Ge以觀察CrN熱電性質的變化。