热电材料的电子结构研究—掺杂对单晶材料热电性能的影响

《热电材料的电子结构研究—掺杂对单晶材料热电性能的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通大学博士学位论文摘要热电材料的电子结构研究一掺杂对单晶材料热电性能的影响摘要热电材料的热电性能与其电子结构密切相关，研究热电材料的电子结构及掺杂对其电子结构的影响能为提高现有热电材料的热电性能及开发新的高性能热电材料提供思路。单晶能消除晶界等微观缺陷，且可以单晶为研究对象，研究热电材料的沿不同晶向的热电性能。CrSi。是一种潜在的中、高温区使用的热电材料，研究Si侧A1置换掺杂与Cr侧V置换掺杂对其单晶热电传输性能及电子结构的影响能为提高CrSi：的热电性能提供新的方法与思路。使用阻尼牛顿动力学法(DampedNewtonDynamiCSSchemes)

2、对Si侧A1、P置换掺杂的CoSi。一，K(芦Al、P)的晶体结构进行驰豫，采用基于第一性原理(First—principles)及密度泛函理论(DensityFunctional)的线性缀加平面波法(LinearizedAugmentedPlaneWaveMethod)计算热电材料CoSi及Si侧A1置换掺杂的CoSi卜1A1。(驰豫后)及Si侧P置换掺杂的CoSihPl(驰豫后)的电子结构，基于计算得到的CoSi和CoSi。41。的电子结构，结合已有的CoSi。一。A1。单晶的热电传输性能的实验数据，分析Si侧A1置换掺杂影响CoSi。1A1。的热电传输性能

3、的本质。计算得到的CoSi的能带结构显示，在其费米面附近，CoSi的价带和导带存在部分交叠，CoSi的电传输性能体现半金属性质，Si侧A1置换掺杂使其电子结构变得较复杂，随着掺杂浓度的增大，CoSi。，A1，的费米面逐渐向低能带移动，而Si侧P置换掺杂则使CoSihP，的费米面逐渐向高能带移动。Si侧A1置换掺杂对CoSi。，A1。的能带结构的影响能很好地从原理上解释CoSihAl。单晶的电阻率及塞贝克系数的变化趋势。掺杂是提高B-FeSi：的电性能及降低其热传导性能的有效方法，在B—FeSi。中，Fe具有Fe。与Fe仆两种非等同位置，Si具有Si。与Si。两种

4、非等同位置，采取计算总能量的方法，分别确定B—FeSi：中Si侧Al置换掺杂时A1原子的置换位置及Fe侧Co置换掺杂时Co原子的置换位置，使用阻尼牛顿动力学法对Si侧A1置换掺杂的Fe(Si。．蝴，dl。圳：。)：和Fe侧Co置换掺杂的Fe㈣，。Co慵巧Si：的晶体结构进行驰豫，采用基于第一性原理的线性缀加平面波法，计算B-FeSi：及驰上海交通大学博士学位论文摘要豫后的Fe(Si。．姗小1。舢历)：和Fe。舢5cD。．畅Si：的电子结构，基于计算得到的B-FeSi：、Si侧A1置换掺杂的Fe(Si。．螂nl。舢：。)：及Fe侧Co置换掺杂的Fe乱站75CoOr

5、0625si。的电子结构，从理论上分析A1及Co置换掺杂对B-FeSi。的热电传输性能的影响。电子结构显示，B-FeSi：在费米面附近存在一能隙，为典型的半导体化合物，在点H处直接能隙为0．74eV，在点H与人／3之间存在一值为0．71eV的间接能隙。Fe侧Co置换掺杂时Co的置换位置应为FeⅡ，Si侧A1置换掺杂时Al的置换位置应为SiI。Si侧A1置换掺杂使Fe(Si。期，n1。．。。。：。)：的费米面向其价带偏移，而Fe侧Co置换掺杂则使Fe心，。Co。．邮Si。的费米面向其导带偏移。掺杂会提高S—FeSi。的电导率，对其塞贝克系数及热导率也有重要的影响。

6、La原子填充是降低CoSb，的热导率的重要方法，La原子的填充会导致CoSb。的几何结构产生驰豫。选择Lao．,Co。Sb。：做为研究对象，采用阻尼牛顿动力学法研究La填充对其几何结构的影响，并采用基于第一性原理及密度泛函理论的线性缀加平面波法计算CoSb。及结构驰豫后的Lao．5co。Sb。：的电子结构及电子云密度，研究La原子填充对CoSb。的电子结构及电子云密度的影响。驰豫结果显示，La原子填充对CoSb。的几何结构影响比较大，La填充形成的La0．。Co。Sb。。在结构驰豫后的键长、键角及电子云密度都发生了改变。CoSb。为窄能隙半导体，在其能带结构的f

7、点附近靠近费米面的能带呈直线的形状，且与克矢量成线性的关系。La填充使Lan5Co。Sb。：的费米面向导带偏移。由于La填充在降低L幽．。Co。Sb。。的热导率的同时会提高其电传输性能，因此La填充会提高L乱。Co；Sb。：的热电性能。CrSi。为中、高温区使用的热电材料。使用基于第一性原理及密度泛函理论的线性缀加平面波法，计算CrSi：、Si侧Al置换掺杂的Cr(SihAl；)。及Cr侧V置换掺杂的Cr。，V，Si：的电子结构并分析A1及V置换掺杂分别对CrSi：的电子结构的影响。采用电子探针及能谱分析等实验方法分别研究CrSi。中Al、V的最大固溶度范围。以

8、X射线衍射谱为基础，研究