热电课题组硕博士集锦谢鸿耀答辩..pptx

博士学位论文答辩;掺杂结合界面调控优化CuFeS2基材料

热电性能的研究;·研究背景及意义;热电器件 商业化用途

·热电材料是一种能够实现热能与电能之间直接相互转换的功能材料，其具有广阔的应用空间及前景:工业废热及汽车尾气废热回收，空间电源及特种电源，固态制冷等。;转换效率

热电器件的转换效率取决于材料无量纲优值ZT值的大小;传统热电材料:;晶体结构：

类金刚石结构，两个闪锌矿结构沿晶体c轴叠加

四方晶系，空间群：I-42d

· 晶胞参数a=b=5.289?;c=10.423?

物理性质：

n型半导体，禁带宽度:0.53eV

室温下Seebeck系数a=-480mV/K;CuFeS2物理性能：

· Eg=0.53eV

· nH~1019cm-3@300K

· a=-480mV/K@300K

· mH=10cm2V-1s-1@300K;CuFeS2化合物;CuFeS2化合物;CuFeS2化合物;CuFeS2化合物;CuFeS2化合物;第三章：材料迁移率与Fe含量关系

In固溶，Fe自掺杂→改变Fe3+含量

第四章：材料载流子浓度优化及热导率调控

Zn掺杂→调控材料载流子浓度

ZnS纳米第二相→调控材料晶格热导率

第五章：材料组分与相结构关系

调节Cu/Fe:S比例→研究材料相组成

不同相组成→晶体结构差异及电热输运性能差异

第六章：新型制备工艺

热爆反应→合成工艺，相转变机理

调节S含量→原位两相复合;·研究背景及意义;实验内容;实验内容;·研究背景及意义;CuFeS2：

·Eg=0.53eV

·a=-480mV/K@300K

·mH=10cm2V-1s-1@300K

·kL=9Wm-1K-1@300K;In固溶CuFe1-xInxS2化合物;In固溶CuFe1-xInxS2化合物

——室温物理参数;In固溶CuFe1-xInxS2化合物;In固溶CuFe1-xInxS2化合物;In固溶CuFe1-xInxS2化合物;·研究背景及意义;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Cu1-xZnxFeS2化合物中Zn的存在形式;Zn在CuFeS2中有两种不同的存在形式：

?当Zn＜3%时，Zn作为一种掺杂剂。

?当Zn＞3%时，部分Zn作为掺杂元素，部分Zn形成ZnS纳米第二相，并诱导Fe元素进入Cu位进行自掺杂。

ZnS第二相＜31nm时，可降低材料晶格热导率。

Zn掺杂相比于Fe掺杂，样品具有更大的态密度有效质量及载流子迁移率。;·研究背景及意义;Cu17.6Fe17.6S32化合物;Cu17.6Fe17.6S32化合物;Cu17.6Fe17.6S32化合物;扫描电镜照片

CuFeS2与Cu17.6Fe17.6S32的微结构相似，没有观察到纳米结构或其他特殊结构。

从背散射电子图像及样品的元素面分布图可知，CuFeS2与Cu17.6Fe17.6S32均为很好单相，没有观察到明显的第二相，材料中各元素分布均匀。;· 我们对CuFeS2与Cu17.6Fe17.6S32相进行结构解析之后，发现两种相的晶体结构及原子占位截然不同。其中CuFeS2中阴阳离子都是有序排列，而Cu17.6Fe17.6S32中Cu/Fe原子随机占位，且其晶格中存在部分填充的阳离子格点，这种特殊结构会对电热输运造成一定影响。;·Cu17.6Fe17.6S32结构可看成四倍的CuFeS2晶胞中额外引入了1.6个Cu与1.6个Fe原子，因此Cu17.6Fe17.6S32中S原子占位有序且与CuFeS2晶胞中的位置相近，而过量的Cu/Fe原子在晶胞中形成了一个无序的子晶格(紫色原子代表间隙格点);Cu17.6Fe17.6S32中化学键的平均键长大于CuFeS2材料相应值。

相比于CuFeS2而言，Cu17.6Fe17.6S32中其阴阳离子间电荷密度分布较弱，表明其离子间键合作用减弱，且其电荷密度分布并不对称，存在一些局域的不平衡。

由于Cu17.6Fe17.6S32中原子键合减弱，

导致其中的Cu原子具有较大的原子位移。;由于组成元素较轻，且材料具有的类金刚石结构，导致CuFeS2材料在整个测试温度区间热导率均较高。

在组成相似的情况下，Cu17.6Fe17.6S32材料具有非常低的晶格热导率，其在60