《缺陷調控提升□xCu2SnSe4(0≤x≤1)基熱電性能的研究》是依託同濟大學，由李文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：缺陷調控提升□xCu2SnSe4(0≤x≤1)基熱電性能的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李文
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
新材料的開發和能帶調控技術在提升材料熱電性能研究方面已取得顯著成效。新材料研究的主要出發點是利用特殊晶體結構基元降低晶格熱導率；而能帶調控的主要出發點是提升電學性能。有機結合這類策略是提升材料熱電性能的有效途徑。本研究提出晶體結構缺陷可調的熱電新材料設計思路：利用缺陷引入聲子散射中心，降低材料的晶格熱導率；同時利用缺陷濃度在大範圍可調的特點，實現能帶結構調控提升電學性能，在同一材料中實現電性能與熱性能的協同最佳化。本項目研究□xCu2SnSe4（□:晶格空位,0≤x≤1）基化合物熱電性能，研究缺陷對電子和聲子輸運的影響，闡明缺陷結構對熱電性能的作用機制；研究不同缺陷組分對能帶結構及電學性能的影響，闡明提升該類材料熱電性能的關鍵能帶參數及其最佳化發展方向和能帶調控技術；實現電性能和熱性能的協同最佳化提升該類材料的熱電性能，為具有本徵缺陷結構的新型熱電材料的開發提供理論和實驗依據。
結題摘要
本項目在熱輸運性能方面，以缺位結構散射聲子降低晶格熱導率的設計思路，開發了具有本徵缺位結構的新型高性能熱電材料Cu2SnSe4。(1)通過最佳化製備工藝，獲得高緻密度的單相Cu2SnSe4材料。通過Cu的含量調控，實現寬範圍空位濃度和載流子濃度可調，研究不同空位濃度和載流子濃度Cu2SnSe4基材料的塞貝克係數、電導率、熱導率、載流子濃度及帶隙寬度，建立了化學組分/空位濃度/載流子濃度與電-熱性能之間的定量化評價模型，明確提升材料熱電性能的關鍵參量及其調控技術，獲得高性能Cu2±δSnSe4熱電材料。此外，(2)從聲子行進速率為出發點，提出了低聲速低晶格熱導率的設計思路，開發了具有本徵低聲速及超低晶格熱導率的新型高性能熱電材料Ag8SnSe6。在電輸運性能方面，(3)以能帶嵌套增加能帶簡併度的設計思路為指導，開發了在300700K溫區內具有高性能的新型元素半導體熱電材料Te，該研究填補了該溫區內高性能元素半導體熱電材料的空白。此外，(4)以能帶匯聚增加能帶簡併度的設計思路為指導，通過在SnTe中固溶MnTe減小L與Σ價帶間的能差來增加能帶簡併度，提升材料的電輸運性能，獲得高熱電性能SnTe基固溶體材料。基於上述研究發表論文14篇，以第一/通訊作者在Nature Communication, Advanced Science和Chemistry of Materials等雜誌發表論文4篇，其中ESI論文1篇。本項目研究成果為新型高性能熱電材料的開發提供新的思路。
