AgSbTe2基化合物的载流子浓度调控及热电性能的优化开题报告

全文总字数：5035字

1. 研究目的与意义（文献综述）

能源对人类社会的发展起到了巨大的推动作用，但如今煤炭、石油等传统化石能源的急速消耗，不仅敲响了能源危机的警钟，也给生态环境造成了巨大的压力，这正威胁着人类的长期生存与发展，因而探索并发展环境友好型的可再生能源及能源转换技术具有重要的现实意义。其中热电转换技术是一种可以实现热能与电能之间直接相互转化的新能源转换技术，它具有无污染、响应快、可靠性高、无传动部件等诸多优点，近年来引起了国内外研究人员的广泛关注。

热电转换技术的核心问题主要是探索和开发具有高热电性能的材料。一个高性能的热电材料应该同时具有低的热导率、高的电导率和高的seebeck系数，但是这三个物理参数之间相互关联、相互耦合，优化一个参数会导致其他参数的恶化，因此这给提高材料热电性能提出了巨大挑战。目前，提高热电材料性能的方法主要有：（1）通过形成共振能态、能带收敛等能带结构修饰来增加载流子有效质量，从而提高的seebeck系数；（2）通过显微结构调控（如：引入点缺陷、结构纳米化、多尺度晶界以及形成弥散第二相等方法）降低晶格热导率而使得材料总热导率下降；（3）通过掺杂提升载流子迁移率而提高电导率；（4）寻找本征低热导率的材料。在国内外的研究报道中，室温附近热电材料主要以bi₂te₃基热电材料和mgagsb基热电材料为主；在中温热电材料中，主要有硫属化铅基热电材料、snte基热电材料、snse基热电材料和方钴矿基热电材料；高温区热电材料主要有half-heuser基热电材料、cu₂se基热电材料和si-ge系列热电材料。

本实验所研究的agsbte₂化合物是两种已经实用化的高性能热电材料agpb_msbte_{2 m}(last)体系与gete-agsbte₂(tags)体系的共同成分，并且关于agsbte₂化合物的热电性能研究起步较早，在已知的简单三元化合物中，agsbte₂具有最高的zt值(zt=1.3，720 k)，这主要归结于agsbte₂具有较大的seebeck系数和较低的热导率，从室温到720 k，该材料都有良好的热电传输特性。近期研究发现，由于agsbte₂晶格振动强烈的非简谐性、ag/sb无序及独特的声子谱结构，使得agsbte₂化合物具有极低的热导率（在450-500 k下热导率低于0.6 wm^-lk^-1)）；同时，由于价带顶附近较为平坦的能带色散关系和多能谷结构，agsbte₂化合物具有较大的载流子有效质量和seebeck系数。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容：

（1）热电材料制备：使用熔融、退火、淬火结合sps烧结等方法制备不同固溶比例的agsbte₂基热电材料；

（2）性能优化与表征：表征制得的agsbte₂基热电材料的形貌、结构及其热电性能，并对agsbte₂基热电材料进行掺杂改性和微观结构调控，进一步优化材料的热电性能。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告；

第4－5周：按照设计方案，探索和优化制备agsbte₂基热电材料的工艺过程，得到合适的合成工艺条件；

第6－8周：制备不同元素掺杂改性的agsbte₂基热电材料；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]邓日桂.te/cdte/znte复合bisbte基化合物的制备及热电性能[d].湖北:武汉理工大学,2018.

[2]杜保立.p型agsbte₂化合物的制备与热电性能研究[d].湖北:武汉理工大学,2011. doi:10.7666/d.y1948786.

[3]王善禹.n型bite基材料的制备、微结构及其热电性能研究[d].湖北:武汉理工大学,2010. doi:10.7666/d.y1680664.