Cu1.8-x Sbx S熱電材料的相結(jié)構(gòu)與電熱輸運(yùn)性能*

趙英浩 張瑞 張波萍 尹陽 王明軍 梁豆豆

(北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 100083)

1 引 言

熱電材料是一類能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)化的清潔能源材料, 利用熱電材料制備的熱電器件具有體積小、可靠性高、適用溫度范圍廣以及環(huán)境友好等特點(diǎn), 在工業(yè)廢熱回收和空間特殊電源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-3].材料的熱電性能可用無量綱熱電優(yōu)值ZT來衡量[4-6],ZT=α2σT/k, 其中α為Seebeck系數(shù),σ為電導(dǎo)率,T為絕對溫度,k為熱導(dǎo)率,α2σ稱為材料的功率因子(PF).高性能熱電材料需要具備高α,σ和低k, 但由于構(gòu)成ZT的物理量相互耦合, 如果單獨(dú)追求其中一個參量的增大或減少往往會導(dǎo)致其他參量協(xié)同性的變化, 因此需要運(yùn)用多種手段協(xié)同調(diào)控.目前, 提高熱電材料性能的手段主要有: 通過雜質(zhì)摻雜和調(diào)控本征缺陷來優(yōu)化載流子濃度, 提升PF[7]; 通過能帶工程[8], 包括使能帶邊緣平坦化, 引入共振能級和提高能帶簡并度的方法來提高態(tài)密度有效質(zhì)量, 從而提升α; 通過引入多尺度缺陷[9,10], 包含原子尺度點(diǎn)缺陷、納米尺度第二相及位錯、次微米級晶界等, 實(shí)現(xiàn)對全頻率段聲子的劇烈散射, 降低k.

目前, 已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的高性能熱電材料體系如Bi2Te3, PbTe等因含有昂貴或有毒的重金屬元素使其大規(guī)模化應(yīng)用受到限制[11,12].銅硫化物(Cu2—xS)熱電材料是一種新型熱電材料, 因其組成元素豐度高、廉價易得、環(huán)境友好等特點(diǎn), 成為極具發(fā)展?jié)摿Φ木G色熱電材料.Cu2—xS (0 ≤x≤ 1)系列化合物中, Cu2S, Cu1.97S, Cu1.9S及Cu1.8S作為熱電材料已得到……