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赵新兵教授课题组最新研究成果连续在高水平期刊发表

编辑:admin 日期:2014-06-03 07:07 访问次数:44929

能源材料课题组赵新兵教授和朱铁军教授指导的博士生胡利鹏、姜广宇在高效热电材料点缺陷调控方面的研究取得重要进展,相关成果最近连续在国际著名学术期刊Adv. Funct. Mater.(2篇),NPG Asia Mater.上发表。
热电材料是一种能实现热-电直接相互转化的能源材料,如何提高其热电优值是目前热电学领域的中心内容。通常分别通过“能带工程”提高电性能和“声子工程”降低热导率是改善热电优值的两个主要方法。赵新兵教授课题组最近提出调控半导体材料中的点缺陷来同时提高电性能并降低热导率的新思路。
胡利鹏博士生的工作利用室温热电材料Bi2Te3基固溶体中存在本征反位缺陷和空位的结构特征,通过增加Sb元素含量降低反位缺陷形成能,增加空穴浓度和禁带宽度,抑制了少子激发;同时利用热变形诱发的类施主效应优化载流子浓度,大量点缺陷的存在也使热导率显著下降,结果P型Bi2Te3基材料热电优值在较高温度下达到1.3。相关论文“Shifting up the optimum figure of merit of p-type bismuth telluride based thermoelectric materials for power generation by suppressing intrinsic conduction”发表于Nature出版集团期刊NPG Asia Mater. 6, e88, 2014上 (IF = 9.042)。
胡利鹏同学把类似原理也用在改善N型Bi2Te3基热电材料上,并明确提出了热电材料“点缺陷工程”的优化方法,利用热变形诱发的类施主效应、晶格扭曲以及本征空位缺陷,使热电优值达到1.2,是目前N型Bi2Te3基热电材料报导的最高值。相关论文“Point defect engineering of high performance bismuth telluride based thermoelectric materials”已在线发表在著名期刊Adv. Funct. Mater.上。

   

1、热变形诱发的类施主效应以及Se含量对     2Mg空位与Sb掺杂量的关系。表明每
N
Bi2Te3载流子浓度的影响。                  两个Sb取代产生一个Mg空位。
Mg2(Si,Sn)固溶体则是近年来广受关注的高性能中温区热电材料。以往研究发现,该体系中存在的Mg间隙可有效调控载流子浓度。Sb在Sn为少量掺杂时可提供电子,但当Sb含量高于10%时,会导致Mg空位出现。姜广宇博士生利用这一特性,同时调节Mg和Sb含量,实现了Mg2(Si,Sn)固溶体中Mg间隙和空位的共存,并采用理论模型对热导率进行深入分析。发现大量Mg空位造成显著的应力应变散射和质量波动散射,使材料晶格热导率接近其理论最小值,最终获得热电优值改善的Mg2(Si,Sn)材料。相关论文“High Performance Mg2(Si,Sn) Solid Solutions: a Point Defect Chemistry Approach to Enhancing Thermoelectric Properties”已在线发表在Adv. Funct. Mater.上。
以上研究工作得到了国家科技部973计划,国家自然科学基金,教育部新世纪优秀人才,教育部创新团队,硅材料国家重点实验室,浙江省电池新材料与应用技术重点实验室的资助。
 


 
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