貧鎂Mg2Si基熱電材料的晶體結構與電聲輸運

《貧鎂Mg2Si基熱電材料的晶體結構與電聲輸運》是依託浙江大學，由趙新兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：貧鎂Mg2Si基熱電材料的晶體結構與電聲輸運
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：趙新兵
• 項目類別：面上項目

項目摘要

降低熱導率是實現綠色環保型Mg2Si基熱電材料性能突破的關鍵。本項目組在前期研究中發現，Mg2Si基材料的Si側高含量Sb置換可導致材料巨觀貧鎂，並使材料具有接近於理論下限的低聲子熱導率。圍繞這種貧鎂Mg2Si基材料的特殊晶體結構及其對電聲輸運影響，本項目擬通過多種手段互洽的微結構表征分析和系統的電聲輸運機制研究，闡明巨觀貧鎂的微觀晶體結構特徵、晶體缺陷表現形式和形成演變規律，揭示由於Mg缺失所形成的晶體結構和晶體缺陷對材料能帶結構、載流子和聲子輸運特性的影響規律，並在此基礎上探索實現Mg2Si基熱電材料性能突破的新方向和可行途徑。

結題摘要

本項目計畫圍繞貧鎂Mg2Si基熱電材料中的晶體結構特徵及其對電聲輸運的影響機制，開展了Mg2Si基熱電材料中巨觀貧鎂微觀機制、晶體缺陷形成演變機制、晶體結構對電聲輸運作用機制以及貧鎂Mg2Si基熱電材料的性能最佳化等方面的研究。本項目提出了貧鎂Mg2Si中鎂空位和納米尺度帶狀貧鎂缺陷的微結構形成機制，其中鎂空位源於Sb元素取代所產生的電荷差異；納米尺度帶狀貧鎂缺陷源於鎂空位在後續的熱壓燒結過程中的聚集、崩塌所形成的高密度位錯及其運動。本項目從理論和實驗上證實了貧鎂Mg2Si基熱電材料具有低晶格熱導率的微觀機制是鎂空位和納米尺度貧鎂缺陷對聲子輸運的共同作用。本項目研究發現，鎂空位對能帶沒有顯著影響，而間隙鎂可轉移電子到晶格位的Si原子並與Mg原子共享電子，從而影響電荷密度的分布，在導帶底形成類缺陷能級。本項目對α-MgAgSb的研究發現，Nowotny-Juza化合物具有本徵低熱導率的物理起因是整體弱鍵和三中心鍵的局域振動引起的共振散射。截止2016年12月30日，本項目發表的標註論文已被SCI論文他引367次，最高單篇論文他引70次。本項目已全面完成項目研究目標。