《矽基和鍺基籠合物熱電材料的高壓製備與性能最佳化》是依託吉林大學，由馬紅安擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：矽基和鍺基籠合物熱電材料的高壓製備與性能最佳化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：馬紅安
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱電材料是一種能夠將熱能和電能進行直接轉換的綠色能源轉換材料，在能源、環境、國防等關鍵領域具有重要套用。具有聲子玻璃-電子晶體(PGEC)特徵的矽基和鍺基籠合物（Clathrates）是中高溫區最具潛力的新型熱電材料體系之一。由於其結構的特殊性，可以從多種途徑實現性能最佳化，在提高熱電性能方面具有潛在的提升空間。本項目將採用具有獨特優勢的高溫高壓(HPHT)合成技術，圍繞最佳化設計的矽基和鍺基籠合物體系進行系統地研究。揭示高溫高壓下製備材料的晶體結構、電子結構、微觀組織結構、成分最佳化、單(多元)填充、框架原子置換摻雜、填充原子與框架原子相互作用等對其電聲輸運特性的影響機制和規律，以及高溫高壓製備該材料體系過程中引入的新物理效應。通過高溫高壓合成技術實現對矽基和鍺基籠合物結構和成分的最佳化、微觀組織的最佳化，最終實現對矽基和鍺基籠合物熱電性能的突破。
結題摘要
熱電材料是一種能夠將熱能和電能進行直接轉換的綠色能源轉換材料，在能源、環境、國防等關鍵領域具有重要套用。具有“聲子玻璃-電子晶體”(PGEC)特徵的矽基和鍺基籠合物（Clathrates）是中高溫區最具潛力的新型熱電材料體系之一。本項目採用具有獨特優勢的高溫高壓(HPHT)合成技術，開展了矽基和鍺基籠合物體系熱電材料的高溫高壓製備，對所製備的材料進行了摻雜成分、晶體結構和微觀組織的表征，並系統研究了合成壓力、摻雜量、微觀組織、晶體結構等對其熱電特性的影響機制和調製規律。具體研究內容包括：①研究了Ba8Si46籠合物的高溫高壓製備與化學反應機制；②發展了高壓合成熱電材料的創新技術，開展了系列矽基和鍺基籠合物的高溫高壓合成研究；③研究了合成壓力、摻雜元素和摻雜量、晶體結構和微觀組織結構對矽基和鍺基籠合物材料熱電輸運性質的作用機制和調製規律④研究了Ba8Cu6SixGe40-x、Ba8AlxSi46-x、Ba8Ga16Ge30等籠合物熱電材料的高溫高壓製備及熱電輸運性質的最佳化。獲得的重要研究成果包括：①首次採用Ba(N3)2和Si作原料，通過高溫高壓化學方法成功製備了Ba8Si46籠合物；②創新性地採用高溫高壓合成技術成功製備了系列具有超導電性和優異高溫熱電特性的矽基和鍺基籠合物；③發現了合成壓力、摻雜成分和摻雜量、亞穩相結構和不同微觀組織結構對矽基和鍺基籠合物熱電材料電聲輸運特性的作用機制和調製規律；④成功製備出ZT值大於1，並具有良好熱穩定性和機械強度的鍺基籠合物塊體熱電材料。相關研究成果已發表在Journal of Materials Chemistry A, RSC Advances, Journal of Solid State Chemistry, Journal of Alloys and Compounds等國際權威學術刊物上，其中已發表標註本項目資助編號的SCI論文28篇。相關研究成果還在每年的中國材料大會熱電材料與套用分會，及2013年度的12th IUMRS International Conference on Advanced Materials國際會議上分別作了特邀報告、口頭報告和牆報交流，國內外相關專家和學者對我們的研究成果和先進的製備技術給予了充分肯定。
