Sn掺杂Ⅰ型单晶笼合物Sr8Ga16Si30的能带及电子结构研究

Ⅰ型Sr填充Si基单晶笼合物为具有较高热电性能的热电材料.基于第一性原理分别对Sr填充Si基笼合物Sr8Ga16Si30-xSnx(x=0、1、5、10)的能带结构和态密度进行计算,结果表明随着Sn原子含量的增加,笼合物晶格常数变大,带隙变小,Sn原子和Si原子的共同作用使得材料能带结构发生改变,Sn掺杂使得材料的带边结构不对称性加剧,表明其因具有较为优越的热电性能.     

基于第一性原理的AlGaN合金热电性质研究

热电材料能够实现热能与电能的转换,在缓解能源危机领域起着很重要的作用.目前热电材料的研究主要集中在Bi2Te3,PbTe等由重金属组成的化合物半导体和合金材料上,存在有毒有害物质,并巨一般只能应用在较低温度区域,因此新型热电材料成为目前热电领域研究的热点.论文基于第一性原理和玻尔兹曼输运理论对不同组分和不同导电类型AlGaN材料的电子结构和热电性质进行了研究.电子结构计算结果表明随着Al组分的提高,AlGaN的禁带宽度不断的增大,并巨AlGaN的能带结构存在能谷汇聚的现象,这种能谷汇聚可以有效的提高材料的塞贝克系数.热电性质计算结果表明AlGaN材料的ZT值随着Al组分的增加先增加后降低,在Al组分为0.5时ZT值最高,相对于GaN的ZT值可以提高70;以上;P型AlGaN 的热电性质要优于N 型AlGaN 材料,P型Al0.5Ga0.5N 材料的ZT值在1100 K时最高可以达到0.077,N型的Al0.5Ga0.5N材料的ZT值在相同温度时大约为0.037.     

稀土元素Ce掺杂对CaMnO3基热电材料的微观结构及高温电性能的影响

CaMnO3因其结构中元素在自然界中的丰度大、低毒和具有高温热和化学稳定性等优势而被认为是一类具有潜力的热电材料,但其较大的电阻率影响了热电性能的进一步提高.在钙位掺杂高价态稀土金属离子是降低其电阻率的有效途径.采用共沉淀法制备了一系列Ca1-xCexMnO3(x=0,0.02,0.04,0.06,0.10)热电材料.利用XRD,SEM等方法对材料的物相及断面形貌进行了表征,利用四探针法同时测量了CaMnO3材料的电阻率,Seebeck系数.XRD结果显示所有样品都为单相CaMnO3结构,扫描电镜显示Ce掺杂CaMnO3材料结构致密,具有较小和分散均匀的粒径.样品的电阻率和Seebeck系数的绝对值随着Ce掺杂量的增加而变小,Ca0.9Ce0.1MnO3的功率因子最大,为2.76×10-4W·m-1 ·K-2.     

Ni掺杂ZnS的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法计算了ZnS体系Ni掺杂前后的能带结构、态密度和光吸收系数曲线。结果表明:纯ZnS的能带结构是直接带隙,态密度显示属离子性较强而共价键较弱的混合键半导体材料。掺Ni的ZnS禁带宽度随掺杂量增加逐渐减小,能带简并度增大,且向低能方向移动;在价带顶出现杂质能级,说明是p型掺杂。纯ZnS在3.9 eV以下无吸收,红外透过率较高。掺Ni后吸收边红移,且在低能端(绿光区)出现新的吸收峰。     

传统合金型热电材料研究进展

随着热电材料制备方法的多样化和性能表征手段的具体化,合金型热电材料以其优异性能在众多热电材料中脱颖而出,成为拥有高热电性能和高转换率的热电材料.主要介绍了根据适用温度划分的三类传统合金型热电材料:低温热电材料Bi2 Te3、中温热电材料PbTe和高温热电材料SiGe,重点归纳总结了金属合金热电性能优化方法,最后概述了其实际应用领域并展望其未来的发展前景.     

Fe,Mn共掺SnO2超晶格电子结构和光学性质研究

基于密度泛函理论的第一性原理,采用了广义梯度近似(GGA)处理交换相关势,用Wien2k软件计算了SnO2超晶格掺杂单层Mn、双层Mn及Fe、Mn共掺情况下的态密度、能带结构、光学性质.结果表明SnO2超晶格单掺Mn时,材料表现为半金属性,这是由于Mn-3d与O-2p的耦合作用,而双层Mn掺杂时仅有O-2p提供.随Mn掺杂层数的增加,其光学性质在低能级处的峰值增大,光学吸收边发生红移,材料透光性能增强.当Fe、Mn共掺时,态密度向低能方向移动,能带结构在Fermi能级附近出现自旋极化,材料表现为半金属性,这是由于Fe与Mn强烈耦合所致.材料的吸收谱、反射谱、能量损失图谱变化趋势一致,但共掺杂比单掺时各谱更向低能方向移动.     

LGAS晶体的微结构及声表面波特性研究

本文采用第一性原理计算了La3Ga5-xSiAlxO14 (LGAS)压电晶体几何结构、能带和态密度.并研究了其在X、Y和Z切型的声表面波速度、机电耦合系数及能流角.当x=0.5时,构建了La3Ga4.5SiAl0.5O14晶体的1×1×2超晶胞结构,发现A1原子替代2d四面体位置的Ga原子时体系总能量最低,体积最小,因此是最稳定的状态.与石英相比,LGAS具有声表面波速度较低、机电耦合系数较大且存在能流角为零的切型等优点.掺Al元素降低了成本但对结构和声表面波特性影响不大.Y切0是较好的切型,可用于制备声表面波器件.     

(Bi2Te3)0.90(Sb2Te3)0.05(Sb2Se3)0.05熔炼冷压烧结材料的制备及其热电性能的研究

本文采用熔炼冷压烧结法制备了n型赝三元(Bi2Te3)0.90(Sb2Te3)0.05(Sb2Se3)0.05熔炼冷压烧结热电材料,分析了材料的微观结构并测试了材料的热电性能.研究表明:烧结有利于提高材料的热电性能;n型赝三元熔炼冷压烧结热电材料的热电性能沿垂直于冷压压力方向存在优化取向.     

A2 BNiX6型双钙钛矿分子光电性质的第一性原理研究

A2 BB′X6型双钙钛矿分子材料由于其结构稳定、性质优异、成本低廉等优点受到了人们的广泛关注,具有无毒、环境稳定性高等特点,同时也成为目前太阳能电池研究领域的热点.为了筛选优质的双钙钛矿分子,本文采用密度泛函理论设计了10种A2 BNiX6型双钙钛矿分子.研究了分子的结构稳定性、电子性质和光学性质,分析了不同位置的元素对其能带和光学性质的影响.研究结果表明,A2 BNiX6型双钙钛矿都是直接带隙,非常有利于可见光的吸收.尤其是X位置为F原子的A2 BNiF6的4种双钙钛矿带隙值为1.52～1.69 eV,非常适合作为光吸收材料.光学性质研究表明,A2 BNiF6双钙钛矿是一种透明材料,在透明发光材料方面具有广泛的应用前景.尽管相对于杂化泛函存在一定误差,但这些研究为双钙钛矿太阳能电池的吸光材料提供了理论支持.     

钼酸盐激光晶体的研究进展

对钼酸盐激光晶体材料的结构、生长技术、光谱特性等特点在国内外的研究进行了综述,认为作为激光晶体材料可以利用的钼酸盐分为类白钨矿型和钾钠铅矾型,在合成方法上以提拉法为主,但由于挥发及生长工艺等问题,晶体会出现色心、晶裂等现象.结合前人对该类材料的生长技术研究,我们重点对掺Yb3+离子的白钨矿型钼酸盐激光晶体光谱学特点进行了研究和总结,认为掺Yb3+离子的白钨矿型钼酸盐有望成为新一代的激光晶体材料.