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资料学院骆军传授课题组在热电功能调控方面再获停顿

公布日期: 2019/11/01  投稿: 高珊    部分: 资料迷信与工程学院   阅读次数:    前往

热-电动力转换技能是在外场(温度场)作用下应用固体外部载流子定向迁徙,完成热能与电能间接转换,因而是一种典范的干净动力技能。热电器件的输入功率取决于资料在任务温度区间的电输运功能,因而进步资料在宽温域内的电输运功能是进步热电器件功能的要害。但是,宽温域电输运功能优化并不容易完成,传统的静态掺杂方法仅可以优化单一温度点的载流子浓度。在后期的研讨任务中,骆军传授课题组发明了“动向原子”Cu掺杂的PbSe体系具有一系列新颖的电热输运功能,并提出了热电资料的“dynamic doping”观点(Energy & Environmental Science2018,11, 1848-1858),该任务提醒了“dynamic doping”无望作为一种根底的掺杂手腕优化体系在宽温域的载流子浓度,从而优化电输运功能。但是,在Cu掺杂的PbSe体系中,体系载流子浓度尚未到达实际最优值。因而,怎样对“动向掺杂”加以无效调控,完成最优载流子浓度调控结果,成为该小组持续存眷的核心。



应用间隙工程加强Cu原子动向掺杂效应表示图:

经过调解阴离子均匀半径,控制四面体间隙尺寸及间隙Cu的固溶区,完成Cu离子动向掺杂的无效加强。

近来,该小组在后期任务的根底上,进一步研讨发明FCC构造中的四面体间隙尺寸能够是影响Cu掺杂PbX (X=S,Se,Te)体系动向掺杂效应强弱的要害要素。因而,提出应用“间隙工程”的思绪,经过改动FCC构造铅硫族化合物的阴离子均匀半径,调控其四面体间隙尺寸及间隙Cu固溶区,从而完成Cu离子动向掺杂的无效加强(如图所示)。实行后果标明,随着四面体间隙尺寸的减小,Cu原子动向掺杂效应愈加分明,具有最小四面体间隙的PbTe体系的动向效应分明强于PbSe、PbS体系。因而,PbTe-Cu体系的载流子浓度在测试温度区间内失掉了完满优化。别的,他们还发明动向掺杂效应只会进步基体资料的载流子浓度,对载流子的散射机制以及能带构造影响甚小,因此在资料载流子浓度优化的同时,体系仍然坚持较高的迁徙率。综合以上两点,Cu掺杂PbTe在宽温域内的电输运功能到达实际最优值。终极,0.2 at%的Cu掺杂的n型PbTe样品在测试温区均匀功率因子到达29mW﹒cm-1﹒K-2,是传统I掺杂PbTe体系的两倍。

该研讨不只深化提醒了影响“dynamic doping”效应的微观机理,同时还提出了调控和无效应用“dynamic doping”的可行性手腕,关于在其他热电体系中应用“动向掺杂”观点优化宽温区功能具有指点意义。研讨后果发布在Energy & Environmental Science2019,12, 3089-3098(影响因子33.25),万博manbetx官网为第一单元,万博manbetx官网资料迷信与工程学院博士生游理与副研讨员张继业为配合第一著作人,万博manbetx官网资料迷信与工程学院骆军传授、美国休斯顿大学德州超导中央任志峰传授、北方科技大学物理系张文清传授为论文的配合通讯著作人。相干任务失掉国度重点研发方案、国度天然迷信基金重点项目、面上项目、上海市科委研发平台专项等课题的赞助。

论文链接:http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/EE/C9EE01137D#!divAbstract


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