《VIA族元素共摻雜CoSb3基材料的製備和電熱輸運機制研究》是依託武漢理工大學，由段波擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：VIA族元素共摻雜CoSb3基材料的製備和電熱輸運機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：段波
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CoSb3基材料是最具套用前景的中溫熱電材料之一，在Sb位引入適當的雜質原子可改善材料的電、熱輸運特性，提高熱電優值。本項目在最新發現的VIA族元素（Te-Se、Te-S）共摻雜CoSb3基材料熱電性能大幅提高及Te-S原子半徑補償共摻雜引入S元素的現象基礎上，通過系統的實驗研究和理論分析，研究並揭示ⅥA族元素共摻雜引起CoSb3基材料晶體結構、電子結構、聲子散射機制的變化規律，闡明Te-Se、Te-S共摻雜CoSb3基材料晶格熱導率大幅下降及載流子濃度降低的機理，為強化電、熱協同輸運效果提供理論指導；研究Te-S共摻雜CoSb3基材料晶體結構和電、熱輸運性能的變化關係，發展Sb位半徑補償共摻雜CoSb3基材料的可控制備方法，通過工藝和成分的調控最佳化材料的電、熱輸運性能，製備高性能摻雜型CoSb3基熱電材料。
結題摘要
包合物是由主體 (host) 和客體 (guest) 兩種物質組成，客體進入主體後可以改變材料的性能，形成新的功能化合物。絕大部分的包合物為電正性的客體和電負性（或電中性）的主體。方鈷礦是一種典型包合物，在晶體結構中含有兩個籠子。本工作中，我們通過常規平衡實驗方法，成功製備了電負性原子填充的CoSb3基方鈷礦材料。研究發現，文獻報導和前期研究的ⅥA族元素（硫和硒）在方鈷礦中的占位存在誤區，在電荷補償的情況下，硫和硒會完全或部分的占據填充位置，表現為電負性填充客體。主體銻原子與填充客體原子間的電負性差直接決定了客體-主體的化學鍵類型及所得填充化合物的物理性能。其中，ⅥA族元素（硫和硒）在方鈷礦中與框架銻元素形成極性共價鍵，並引入新的晶格動力學模式-原子團簇振動，這種特殊的振動模式與置換原子的點缺陷散射共同作用使得該材料具有極低的晶格熱導率，及特殊的低溫晶格熱導率隨溫度的變化關係。最終，硫填充碲置換方鈷礦材料獲得最好的熱電性能。這種新機制的發現對於熱電新材料及功能性包合物的探索具有重要指導意義。另外，電負性原子填充方鈷礦材料體系的製備工藝簡單，合成溫度較低，時間較短，原料來源豐富，價格低廉，並且常溫下穩定不易氧化。因此，該材料體系適合規模化生產，極具套用前景。
