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Ag掺杂对p型Pb0.5Sn0.5Te化合物热电性能的影响规律

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Ag掺杂对p型Pb0.5Sn0.5Te化合物热电性能的影响规律

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  • 采用熔融缓冷技术制备了不同Ag掺杂量的p型Agx(Pb0.5Sn0.5)1-xTe化合物, 系统地研究了Ag掺杂对所得材料的相组成、微结构及其热电传输性能. Ag的掺入显著增加了材料的空穴浓度, 但是材料的空穴浓度远小于Ag作为单电子受主时理论空穴浓度, 且在掺杂量为5%时未出现任何第二相, 这表明Ag在可能进入晶格间隙位置而作为电子施主, 起到补偿作用. 随着Ag掺杂量的增加, 样品的电导率逐渐增加, 而Seebeck系数表现出复杂的变化趋势: 在低于450 K时逐渐增加, 而在温度大于450 K时逐渐降低, 这主要源于材料复杂的价带结构. 由于空穴浓度的优化和重空穴带的主导作用, 1% Ag掺杂样品获得最大的功率因子, 在750 K可达2.1 mWm-1K-2. 此外, Ag的掺入引入的点缺陷大幅散射了传热声子, 使得晶格热导率随着Ag掺量的增加逐渐降低. 结果1% Ag掺杂样品在750 K时获得了最大的热电优值ZT=1.05, 相比未掺样品提高了近50%, 这一数值同商业应用的p型PbTe材料的性能相当. 但是Sn取代显著降低了有毒重金属Pb的用量, 这对PbTe基材料的商业化应用及其环境相适性具有重要意义.
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-02-20
  • 修回日期:  2012-05-25
  • 刊出日期:  2012-11-05

Ag掺杂对p型Pb0.5Sn0.5Te化合物热电性能的影响规律

  • 1. 中船重工第七一二研究所, 武汉 430064

摘要: 采用熔融缓冷技术制备了不同Ag掺杂量的p型Agx(Pb0.5Sn0.5)1-xTe化合物, 系统地研究了Ag掺杂对所得材料的相组成、微结构及其热电传输性能. Ag的掺入显著增加了材料的空穴浓度, 但是材料的空穴浓度远小于Ag作为单电子受主时理论空穴浓度, 且在掺杂量为5%时未出现任何第二相, 这表明Ag在可能进入晶格间隙位置而作为电子施主, 起到补偿作用. 随着Ag掺杂量的增加, 样品的电导率逐渐增加, 而Seebeck系数表现出复杂的变化趋势: 在低于450 K时逐渐增加, 而在温度大于450 K时逐渐降低, 这主要源于材料复杂的价带结构. 由于空穴浓度的优化和重空穴带的主导作用, 1% Ag掺杂样品获得最大的功率因子, 在750 K可达2.1 mWm-1K-2. 此外, Ag的掺入引入的点缺陷大幅散射了传热声子, 使得晶格热导率随着Ag掺量的增加逐渐降低. 结果1% Ag掺杂样品在750 K时获得了最大的热电优值ZT=1.05, 相比未掺样品提高了近50%, 这一数值同商业应用的p型PbTe材料的性能相当. 但是Sn取代显著降低了有毒重金属Pb的用量, 这对PbTe基材料的商业化应用及其环境相适性具有重要意义.

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参考文献 (23)

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