《有機/無機分子夾層對TiS2熱、電輸運性質的影響機理研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由張建擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：有機/無機分子夾層對TiS2熱、電輸運性質的影響機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張建
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
層狀結構TiS2具有準二維結構,有半導體和半金屬特性,特別是它具有高熱電勢和大的熱電功率因子,作為熱電材料具有很好的開發和套用前景，但其較大的晶格熱導使其熱電性能較低。我們用金屬元素夾層或者替代的方法使其熱電性能提高到3-4倍。但是，金屬元素夾層降低了熱導，卻又導致電荷濃度上升而引起熱電勢率的下降；元素的替代摻雜控制了電荷濃度卻又引起熱導率的升高。對此，我們將採用把電荷轉移能力弱的無機分子或有機分子引入層中，利用分子在層間的晃動散射聲子降低熱導，同時利用替代或者夾層來控制主體電荷濃度，從而保持材料的高熱電勢以獲得高熱電性能。本申請項目著重研究並揭示各種夾入的有機/無機分子及其含量以及金屬元素夾層(或替代)與有機/無機分子夾層協同作用對TiS2熱、電輸運性質的影響規律,為大幅提高其熱電性能提供科學依據及指導性意見。
結題摘要
在該項目研究中，我們成功合成了有機/無機分子（尿素、氯化鐵，銻化銦等）夾層TiS2化合物及元素（鎳、鎂、鋁等）摻雜化合物，並研究了其熱、電輸運性質。研究表明：有機分子夾層大幅降低了材料的熱導率，其中尿素夾層將TiS2的熱導率降低了50%左右；無機分子銻化銦夾層大幅提高了TiS2的熱電優值ZT，在室溫附近將其ZT值提高到3.7倍；在鎳、鎂、鋁等元素的摻雜實驗中，我們發現鎳、鎂的摻雜都導致了TiS2由金屬性導電行為到半導體導電行為的轉變，鎂的摻雜將材料的ZT值提高了60%，而鋁摻雜樣品的熱電勢得到大幅提高，達到了未摻雜樣品的兩倍，我們在鎳、鎂、鋁摻雜樣品的電阻溫度關係時發現，在不同的低溫區域，它們分別符合莫特二維跳躍電導。另外，在玻耳茲曼輸運方程馳豫時間近似的框架下，研究半導體納米複合物中電子的散射參數及塞貝克係數。我們提出了協同散射機制，即電子先後受到雜質離子和近鄰電荷層的連續二次散射。通過把原子碰撞理論的多重散射幾率的概念推廣到輸運過程，定義了協同散射的有效馳豫時間。結果表明，協同散射機制對提高納米複合物中電子的散射參數，從而提高塞貝克係數起決定性的作用。相關研究結果已在Applied Physics Letter，Physics Review B，Journal of Electrical Materials，Journal of Alloy and Compounds等雜誌發表論文13篇，受理髮明專利1項。
