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本论文以过渡族金属锑化物CrSb2和硫化物TiS2为研究对象,以提高其热电性能为目的,对其热电输运性质开展了较为系统的研究,主要研究结果为:
(1)对Cr位掺杂化合物Cr1-xTixSb2的热电输运性质研究表明,其电阻率和热电势|S|较未掺杂前显著地减小,这可归因于晶格畸变使杂质(缺陷)能级或/和带隙变化引起载流子浓度增加。但对Mn和Ni的掺杂化合物Cr1-xMxSb2(M=Mn、Ni),其电阻率和热电势|S|下降幅度较Cr1-xTixSb2更大,这种差别可能主要来自部分Mn和Ni的3d电子非局性,从而大大提高该掺杂体系的电导。在Cr位掺杂所有的元素都导致其热导率降低,这种降低主要来自声子的杂质(M)散射增强。由于热导率和电阻率的大幅减小,使掺5%Mn、1%Ni和3%Ti后其ZT值比纯CrSb2的提高了~14%、~29%和~11%(T=310K)。
(2)对Sb位替代化合物CrSb2-xSnx的热、电输运性质的研究表明,与未掺杂相比Crsb2-xSnx的电阻率和热电势|S|明显减小,这主要是掺杂引起的晶格畸变使杂质(缺陷)能级或/和带隙变化间接引起载流子浓度增加所致。对于Te掺杂化合物CrSb2-xTex,掺杂除了导致电阻和热电势巨幅降低外,当掺杂浓度x=~0.01时发生半导体向金属性导电行为转变,其可能的解释是,当掺杂浓度很高时施主能级扩展与导带交叠所致。由于掺杂后电阻率和热导率大幅减小,使CrSb1.97Te0.03的ZT比CrSb2的提高了~27%(T=310K)。
(3)SbxTiS2和纳米TiS2的电输运研究表明,Sb夹层后由于电荷转移导致载流子浓度增加使SbxTiS2的电阻率逐渐减小,金属性逐渐增强。当晶粒尺寸小于100nm时,TiS2从金属性转变为类半导体性导电,并在低温下观察到Mott二维的变程跳跃电导现象。