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Sr掺杂对CaMnO3基氧化物电子性质及热电输运性能的影响

张飞鹏 张静文 张久兴 杨新宇 路清梅 张忻

Sr掺杂对CaMnO3基氧化物电子性质及热电输运性能的影响

张飞鹏, 张静文, 张久兴, 杨新宇, 路清梅, 张忻
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  • 采用密度泛函理论计算分析的方法研究了Ca位Sr掺杂的CaMnO3基氧化物的电子性质和电性能;采用柠檬酸溶胶-凝胶法结合陶瓷烧结制备工艺制备了Ca位Sr掺杂的CaMnO3基氧化物块体试样,分析研究了所得试样的热电传输性能.结果表明,Sr掺杂CaMnO3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756 eV减小到0.711 eV.Sr掺杂CaMnO3氧化物费米能级附近的载流子有效质量均得到调控,载流子浓度也有所增大.Sr比Ca具有更强的释放电子能力,其掺杂在CaMnO3氧化物中表现为n型.Sr掺杂的CaMnO3基氧化物材料电阻率大幅度降低,Seebeck系数绝对值较本征CaMnO3基氧化物材料有一定程度的增大,Sr掺杂量为0.06和0.12的Ca1-xSrxMnO3(x=0.06,0.12)试样,其373 K的电阻率分别降低至本征CaMnO3基氧化物材料的25%和21%,其373 K的Seebeck系数绝对值分别是本征CaMnO3基氧化物材料的112.9%和111.1%,Sr掺杂有效提高了CaMnO3基氧化物材料的热电性能.
      通信作者: 张飞鹏, zhfp@emails.bjut.edu.cn,zhfp163@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:51572066)和河南省自然科学基金(批准号:162300410007)资助的课题.
    [1]

    Poeppelmeier K R, Leonowicz M E, Scanlon J C, Longo J M 1982 J. Solid State Chem. 45 71

    [2]

    Xu G, Funahashi R, Pu Q, Liu B, Tao R, Wang G, Ding Z 2004 Solid State Ionics 171 147

    [3]

    Zhang C, Wang C L, Li J C, Yang K, Zhang Y F, Wu Q Z 2008 Mater. Chem. Phys. 107 215

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    Zhang F P, Lu Q M, Zhang X, Zhang J X 2011 J. Alloys Compd. 509 542

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    Zhang F P, Zhang X, Lu Q M, Zhang J X, Liu Y Q, Fan R F, Zhang G Z 2011 Physica B 406 1258

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    Zhang F P, Zhang X, Lu Q M, Zhang J X, Liu Y Q 2011 J. Alloys Compd. 509 4171

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    Zhang R Z, Hu X Y, Guo P, Wang C L 2012 Physica B 407 1114

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    Wang Y, Sui Y, Wang X J, Su W H 2011 Appl. Phys. A 104 135

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    Zhang X H, Li J C, Du Y L, Wang F N, Liu H Z, Zhu Y H, Liu J, Su W B, Wang C L, Mei L M 2015 J. Alloys Compd. 634 1

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    Zhang F P, Zhang X, Lu Q M, Liu Y Q, Zhang J X 2011 Acta Phys. Sin. 60 087205 (in Chinese) [张飞鹏, 张忻, 路清梅, 刘燕琴, 张久兴 2011 物理学报 60 087205]

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    Zhang F P, Lu Q M, Zhang X, Zhang J X 2013 J. Phys. Chem. Solids 74 1859

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    Liu B, Wu L J, Zhao Y Q, Wang L Z, Cai M Q 2016 J. Magn. Magn. Mater. 420 218

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    Liu B, Wu L J, Zhao Y Q, Wang L Z, Cai M Q 2016 RSC Adv. 6 92473

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    Zhao Y Q, Liu B, Yu Z L, Ma J M, Wan Q, He P B, Cai M Q 2017 J. Mater. Chem. C 5 5356

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    Zhao Y Q, Wu L J, Liu B, Wang L Z, He P B, Cai M Q 2016 J. Power Sources 313 96

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    Wu L J, Zhao Y Q, Chen C W, Wang L Z, Liu B, Cai M Q 2016 Chin. Phys. B 25 107202

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    Wang L Z, Zhao Y Q, Liu B, Wu L J, Cai M Q 2016 Phys. Chem. Chem. Phys. 18 22188

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    Li J C, Wang C L, Wang M X, Peng H, Zhang R Z, Zhao M L, Liu J, Zhang J L, Mei L M 2009 J. Appl. Phys. 105 043503

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    Zhu T J, Xiao K, Yu C, Shen J J, Yang S H, Zhou A J, Zhao X B, He J 2010 J. Appl. Phys. 108 044903

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    Peng J Y, Liu X Y, Fu L W, Xu W, Liu Q Z, Yang J Y 2012 J. Alloys Compd. 521 141

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-03
  • 修回日期:  2017-08-23
  • 刊出日期:  2017-12-20

Sr掺杂对CaMnO3基氧化物电子性质及热电输运性能的影响

  • 1. 河南城建学院数理学院, 建筑光伏一体化河南省工程实验室, 平顶山 467036;
  • 2. 合肥工业大学材料科学与工程学院, 新型功能材料与器件安徽省重点实验室, 合肥 230009;
  • 3. 北京工业大学材料科学与工程学院, 新型功能材料教育部重点实验室, 北京 100124
  • 通信作者: 张飞鹏, zhfp@emails.bjut.edu.cn,zhfp163@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:51572066)和河南省自然科学基金(批准号:162300410007)资助的课题.

摘要: 采用密度泛函理论计算分析的方法研究了Ca位Sr掺杂的CaMnO3基氧化物的电子性质和电性能;采用柠檬酸溶胶-凝胶法结合陶瓷烧结制备工艺制备了Ca位Sr掺杂的CaMnO3基氧化物块体试样,分析研究了所得试样的热电传输性能.结果表明,Sr掺杂CaMnO3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756 eV减小到0.711 eV.Sr掺杂CaMnO3氧化物费米能级附近的载流子有效质量均得到调控,载流子浓度也有所增大.Sr比Ca具有更强的释放电子能力,其掺杂在CaMnO3氧化物中表现为n型.Sr掺杂的CaMnO3基氧化物材料电阻率大幅度降低,Seebeck系数绝对值较本征CaMnO3基氧化物材料有一定程度的增大,Sr掺杂量为0.06和0.12的Ca1-xSrxMnO3(x=0.06,0.12)试样,其373 K的电阻率分别降低至本征CaMnO3基氧化物材料的25%和21%,其373 K的Seebeck系数绝对值分别是本征CaMnO3基氧化物材料的112.9%和111.1%,Sr掺杂有效提高了CaMnO3基氧化物材料的热电性能.

English Abstract

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