石墨烯/Bi0.5Sb1.5Te3柔性热电薄膜及其面内散热器件的设计制备与性能评价

基于柔性热电薄膜制冷的面内散热技术有望为电子器件高效面内散热提供解决方案,但柔性热电薄膜电输运性能太低和面内散热器件结构设计困难严重制约了该技术在电子元器件散热中的应用.本文通过在环氧树脂/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜中掺入具有同时调控电热输运行为功能的石墨烯,发现不仅有助于Bi_0.5Sb_1.5Te₃晶粒沿(000l)择优取向,而且还提供了载流子快速传输通道,石墨烯/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜的载流子浓度和迁移率同时显著增大;石墨烯掺入量为1.0%的柔性热电薄膜室温最高功率因子达到1.56 mW/(K~2·m),与环氧树脂/Bi_0.5Sb_1.5Te₃柔性热电薄膜相比提高了71%,其最大制冷温差提高了1倍.利用这种高性能石墨烯/Bi_0.5Sb_1.5Te_3...     

过量Zn对β-Zn4Sb3热电性能影响的研究

采用真空熔融缓冷方法制备了单相β-Zn₄Sb₃以及含有过量Zn的β-Zn₄Sb₃块体热电材料.在300—700K的温度范围内测试了材料的电导率、Seebeck系数和热导率，研究了β-Zn₄Sb₃化合物中过量Zn的分布状态及其对材料热电性能的影响规律.结果表明：过量的Zn作为第二相较均匀的分布在β-Zn₄Sb₃的晶界上，随着Zn含量增加，材料电导率和热导率上升，Seebeck系数下降，Zn第二相的引入能有效提高材料的功率因子，Zn过量2at%的材料在700K时其ZT值达到1.10. 关键词： 4Sb₃')" href="#">β-Zn₄Sb₃ 电导率 Seebeck系数     

Co1-xNixSb3-ySey热电输运中晶界和点缺陷的耦合散射效应

结合机械合金化与放电等离子烧结工艺制备了Ni和Se共掺的细晶方钴矿化合物Co_1-xNi_xSb_3-ySe_y,研究了晶界和点缺陷的耦合散射效应对CoSb₃热电输运特性的影响.通过Ni掺杂优化载流子浓度提高功率因子.在x=0.1时,功率因子达到最大值1750μWm^-1K^-2(450℃),是没有掺Ni试样的两倍.晶界和点缺陷的耦合散射机理使晶格热导率急剧下降,其中Co_0.9Ni_0.1Sb_2.85Se_0.15的室温晶格热导率降低至1.67Wm^-1K^-1,接近目前单填充效应所能达到的最低值1.6Wm^-1K^-1,其热电优值ZT在450℃时达到最大值0.53.将Callaway-Von Baeyer点缺陷散射模型嵌入到Nan-Birringer有效介质理论模型,对晶界散射和点缺陷散射的耦合效应对热导率的影响进行了定量分析,模型计算与实验结果符合.理论模型计算表明,当晶粒尺寸下降到50nm同时掺杂引入点缺陷散射后,Co_0.9Ni_0.1Sb_2.85Se_0.15的晶格热导率下降到0.8Wm^-1K^-1. 关键词： 3')" href="#">CoSb₃ Ni和Se掺杂 热电性能 耦合散射效应     

第一性原理研究单层Ge2X4S2(X=P,As)的热电性能

单层Ge₂X₄S₂(X=P, As)是最近预测的一种二维层状材料,它们不仅拥有高的光吸收系数,同时还有较高的载流子迁移率,这意味着它们在光电和热电领域可能有较好的应用前景.本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论系统地研究了这两种材料的热电性质.结果表明,单层Ge₂P₄S₂和Ge₂As₄S₂在室温下展现较低的晶格热导率,沿armchair方向分别为3.93 W·m^-1·K^-1和3.19 W·m^-1·K^-1, zigzag方向分别为4.38 W·m^-1·K^-1和3.79 W·m^-1·K^-1,这主要是由低的声子群速度、大的格林艾森参数以及小的声子弛豫时间造成的.基于HSE06泛函计算出的能带结构表明单层Ge₂     

相变存储材料Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5薄膜的结构和电学特性研究

采用射频磁控溅射方法制备了两种用于相变存储器的Ge₁Sb₂Te₄和Ge₂Sb₂Te₅相变薄膜材料,对其结构、电学输运性质和恒温下电阻随时间的变化关系进行了比较和分析.X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)的结果表明:随着退火温度的升高,Ge₁Sb₂Te₄薄膜逐步晶化,由非晶态转变为多晶态,表面出现均匀的、 关键词： 硫系相变材料 1Sb₂Te₄')" href="#">Ge₁Sb₂Te₄ 2Sb₂Te₅')" href="#">Ge₂Sb₂Te₅     

TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响

采用区熔法结合放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了n型Bi₂Te₃基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了掺杂剂TeI₄的含量(质量百分比分别为0，0.05，0.08，0.10，0.13和0.15wt%)对热电性能的影响.结果表明：试样的载流子浓度(n)随TeI₄含量增加而增大，使电导率增大、塞贝克系数的绝对值先增大而后减小，从而导致品质因子(α²σ)呈先增加后降低的变化趋势；同时，由于异质离子(I^-)以及载流子对声子的散射作用增强，可显著降低其晶格热导率.烧结材料的性能优值(ZT=α²σT/κ)对应于TeI₄含量为0.08wt%有其最大值，约为0.92.此外，烧结材料的抗弯强度增加至80MPa左右，从而可以显著改善材料的可加工性以及元器件的使用可靠性. 关键词： 2Te₃')" href="#">Bi₂Te₃ 放电等离子体快速烧结 热电性能     

含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性

目前对宽禁带半导体热电材料的研究开始升温, 原因是本征情况下宽禁带半导体往往具有低的热导率和高的Seebeck系数. Ga₂Te₃ 是一类带有缺陷的宽禁带半导体, 其在临界温度680± 10 K和757± 10 K处会参与共析转变和包晶反应, 因此会产生反应热. 本次工作采用少量的S元素等电子替换Ga₂Te₃中的Te元素, 观察到在临界温度附近热焓的变化, 但没有相变发生. 受热焓变化的影响这类材料在临界温度附近出现了较活跃的声电输运行为, 具体表现为热容和Seebeck系数(α)明显增大及热扩散系数(热导率)和电导率下降. 例, 对于x=0.05的材料, 其α值从596 K 时的376.3(μV·K^-1)迅速增大到695 K时的608.2(μV·K^-1), 然后又随温度升高到764 K时迅速降低到213.8(μV·K^-1). 在596 K到812 K范围, Seebeck系数和电导率几乎随温度均呈Z字形变化. 这些输运行为的变化揭示了在Ga₂Te₃基半导体中声子和载流子的临界散射特点, 这种临界散射特征对以后的继续研究具有重要的参考价值.     

单层Cu2X的热电性质

具有低晶格热导率和高热电优值的二维(2D)材料可用于热电器件的制备.本文通过第一性原理和玻尔兹曼输运理论,系统地预测了单层Cu₂X (X=S, Se)的热电性质.研究发现单层Cu₂Se较Cu₂S在室温下具有更低的晶格热导率(1.93 W/(m·K)和3.25 W/(m·K)),这源于其更低的德拜温度和更强的非谐性.单层Cu₂X(X=S, Se)价带顶处的能带简并效应显著增大了其载流子有效质量,导致p型掺杂下具有高的塞贝克系数和低的电导率.在最优掺杂浓度下,单层Cu₂S (Cu₂Se) n型的功率因数16.5 mW/(m·K²)(25.9 mW/(m·K²))远高于其p型的功率因数1.1 mW/(m·K²)(6.6 mW/(m·K²)),且随着温度的提升这一优势将更加明显.温度为700 K时,单层Cu₂S和Cu₂Se在n型最优掺...     

Ca和Ce双原子复合填充p型CamCenFexCo4－xSb12化合物的合成及热电性能

用高温熔融法合成了Ca和Ce复合填充的单相p型Ca_mCe_nFe_{xCo4-xSb12化合物，探索了两种原子复合填充对其热电性能的影 响规律.研究结果表明，填充分数相同时，Ca和Ce两种原子复合填充的p型CamCe nFexCo4-xSb12化合物的载流子浓度和电 导率介于Ca或Ce一种原子单独填充的化合物之间，且随两种原子填充分数m+n的增加而降低 ；赛贝克系数随两种原子填充总量，尤其是Ce填充分数m的增加以及温度的上升而增加；在 相同填充分数时，两种原子复合填充的p型CamCenFexC o4-xSb12化合物的晶格热导率较Ca或Ce一种原子单独填充的化合物 的晶格热导率低，当总填充分数m+n为0.3左右，且Ca和Ce的填充量大致相等时，化合物的晶 格热导率最低.p型Ca0.18Ce0.12Fe1.45Co2.55Sb12.21化合物的最大热电性能指数ZT值在750K时达到1.17. 关键词： skutterudite化合物 双原子复合填充 合成 热电性能}     

Mg-Sn-Si合金中Mg2(Si,Sn)复合相的结构与性能研究

研究了铸态Mg-Sn-Si合金中Mg₂(Si,Sn)复合相的结构、 特性以及该相对Mg-Sn-Si合金变质作用的影响. 结果表明: Sn原子能取代Mg₂Si中的部分Si生成Mg₂(Si,Sn)复合相, 该三元相与Mg₂Si, Mg₂Sn相的结构相同, 属于面心立方结构, Mg₂(Si,Sn)相的元素含量并不固定, 在Si富集区形成的Mg₂(Si,Sn)相中, Si元素含量高, 在Si贫乏区形成的Mg₂(Si,Sn)相中, Si元素含量低. Si含量较多的Mg₂(Si,Sn)相性能与Mg₂Si相接近, Sn含量较多的Mg₂(Si,Sn)相性能与Mg₂Sn相接近, 实验中发现Mg₂(Si,Sn)复合相的纳米硬度、 弹性模量与维氏硬度等物理性能介于Mg₂Si与Mg₂Sn之间, Mg₂(Si,Sn)相对汉字状Mg₂Si相的变质处理起到桥梁作用. 关键词： Mg-Sn-Si合金 2Si')" href="#">Mg₂Si 2Sn')" href="#">Mg₂Sn 2(Si,Sn)复合相')" href="#">Mg₂(Si,Sn)复合相     

β-Zn4Sb3/Zn1-δAlδO复合材料的制备及热电性能研究

采用真空熔融淬火结合放电等离子烧结工艺制备了单相β-Zn₄Sb₃以及β-Zn₄Sb₃/Zn_1-δAl_δO复合热电材料,其中第二相Zn_1-δAl_δO(AZO)的含量分别为0.2 wt%,0.4 wt%和0.7 wt%.对材料的相组成和微结构进行了表征,并在300—673 K的温度 关键词： 4Sb₃')" href="#">β-Zn₄Sb₃ 1-δAl_δO')" href="#">Zn_1-δAl_δO 复合材料 热电性能     

n型Bi2–xSbxTe3–ySey基化合物的缺陷结构调控与电热输运性能

Bi₂Te₃基化合物是目前室温附近性能最好的热电材料,但其存在着大量复杂的缺陷结构,缺陷工程是调控材料热电性能的核心手段,因此理解和有效地调控缺陷形态和浓度是获得高性能Bi₂Te₃基热电材料的关键.本文系统地研究了四元n型Bi_2-xSb_xTe_3-ySe_y基化合物的缺陷演化过程及其对热电输运性能的影响规律.Sb和Se的固溶引入的带电伴生结构缺陷使得材料的载流子浓度发生了巨大变化,在Bi_2-xSb_xTe_2.994Cl_0.006样品中,Sb的固溶降低了反位缺陷Sb_Te2形成能,诱导产生了反位缺陷Sb_Te2,使得少数载流子空穴浓度从2.09×10¹⁶ cm^-3增加至3.99×10¹⁷ cm^-3,严重劣化了...     

MoS2/SiO2界面黏附性能的尺寸和温度效应

探索二维材料与其衬底之间的黏附性能对于二维材料的制备、转移以及器件性能的优化至关重要.本文基于原子键弛豫理论和连续介质力学方法,系统研究了尺寸和温度对MoS₂/SiO₂界面黏附性能的影响.结果表明,由于表面效应引起的热膨胀系数、晶格应变和杨氏模量的变化, MoS₂/SiO₂界面黏附能随MoS₂厚度的减小而增大,而热应变使MoS₂/SiO₂界面黏附能随温度的升高而逐渐降低.此外,预测了在不同尺寸和温度下MoS₂在SiO₂衬底上的“脱落”条件,系统阐述了MoS₂与SiO₂衬底之间黏附性能的物理机制,为基于二维材料电子器件的优化设计提供了理论基础.     

Si100P2.5（GaP）1.5中随机孔洞对热电性能的影响

纯硅由于原材料来源广、熔点高,是潜在的太阳能热发电用热电材料.它的热电绩效因子ZT很小,室温只有0.01.本研究小组通过掺杂和结构纳米化制备了Si₁₀₀P_2.5（GaP）_1.5,获得813℃时的ZT为0.47.本文在此基础上,通过引入一种新的机制——随机孔洞——来进一步提高纯硅基材料Si₁₀₀P_2.5（GaP）_1.5的ZT.结果表明:由于孔洞增加了对低能载流子的过滤,Seebeck系数得到了提高;又由于孔洞对主要携带热量的声子的散射,晶格热导率大大降低,结果Si₁₀₀P_2.5（GaP）_1.5的ZT提高了32%.研究结果表明引入随机孔洞是增加纯硅基体系ZT的有效途径.     

Mo2C二维材料晶格热导率的第一性原理研究

Mo₂C是构建Mxene基器件的重要材料之一,对Mo₂C二维材料声子输运的理解非常必要.文章结合第一性原理方法和声子玻尔兹曼输运方程,研究了二维Mo₂C材料的晶格热导率.研究表明,室温下二维Mo₂C导热系数非常低,其锯齿方向和扶手椅方向的晶格热导率分别为7.20和5.04 W/mK.计算了声学振动和光学振动模式对晶格热导率的贡献,揭示总热导率主要由面内声学横波的振动模式所贡献.还进一步计算了声子群速度、声子弛豫时间、三声子散射空间和模式格林艾森参数,发现二维Mo₂C中的声子群速度和声子弛豫时间对晶格传输有重要的影响.     

快速响应恢复的PI-SiO2/NiI2比色湿度传感器

有机-无机杂化型比色湿度传感器可通过电学信号和颜色变化获取环境湿度,并因其特征颜色区分度高、稳定性好、制备工艺简单等优点,在湿度监测领域具有广阔的应用前景,但其通常响应恢复时间长,从而不利于湿度实时监测.本文在聚酰亚胺(PI)-碘化镍(NiI₂)有机无机杂化材料中掺杂纳米SiO₂微球制备得到PI-SiO₂/NiI₂复合薄膜及比色湿度传感器,对其表面形貌和湿敏特性进行了研究.结果显示, PI-SiO₂/NiI₂薄膜具有蜂巢状的表面形貌,传感器的特征颜色显著,湿度响应时间小于1.5 s,恢复时间小于18 s.研究表明,纳米SiO₂微球掺杂能够较为显著地改善有机-无机杂化型比色湿度传感器的响应恢复特性,这对于传感器性能的提升具有一定参考意义.     

InP/SiO2纳米复合膜的微观结构和光学性质

应用射频磁控共溅射方法在石英玻璃和抛光硅片上制备了InP/SiO₂复合薄膜,并在几种条件下对这些薄膜进行退火.X射线光电子能谱和卢瑟福背散射实验结果表明,复合薄膜中InP和SiO₂的化学组分都大体上符合化学计量配比.X射线衍射和激光喇曼谱实验结果都证实了复合薄膜中形成了InP纳米晶粒.磷气氛保护下的高温(520℃)退火可以消除复合薄膜中残存的In和In₂O₃并得到了纯InP/SiO₂纳米复合薄膜.实验观察到了室温下纳米复合薄膜的明显的光学吸收边蓝移现象和光学非线性的极大增强 关键词： InP 纳米晶粒 微观结构 光学性质     

多孔TiO2/Al/SiO2纳米复合结构的紫外光吸收特性研究

在SiO₂玻璃衬底上用脉冲激光沉积(PLD)技术,分别沉积Ti和Ti/Al膜,经电化学阳极氧化成功制备了多孔TiO₂/SiO₂和TiO₂/Al/SiO₂纳米复合结构. 其中TiO₂薄膜上的微孔阵列高度有序,分布均匀. 实验研究了Al过渡层对多孔TiO₂薄膜光吸收特性的影响. 结果表明：无Al过渡层的多孔TiO₂薄膜其紫外吸收峰在27 关键词： 2薄膜')" href="#">多孔TiO₂薄膜 阳极氧化 紫外光吸收     

Ge2Sb2Te5非晶薄膜中超快载流子动力学的飞秒分辨反射光谱研究

利用飞秒时间分辨抽运-探测反射光谱技术研究了室温下Ge₂Sb₂Te₅非晶薄膜中载流子超快动力学及其激发能量密度依赖性.发现光激发后05 ps时间内,反射变化率降到最小值,然后开始迅速增加,在几个皮秒时间内达到大于初始反射率的新的最大值.反射率的减小量、增加量和增加速率均随激发能量密度的增大而增加.利用高密度等离子体的Auger复合及其感应的晶格加热模型较好地定量解释了反射率由最小到最大的快速变化过程,表明高密度等离子体的Auger复合加热 关键词： 抽运-探测光谱 2Sb₂Te₅非晶薄膜')" href="#">Ge₂Sb₂Te₅非晶薄膜 Auger复合 载流子动力学     

Sm和Ce复合掺杂Skutterudite化合物的制备及热电性能

用熔融法结合放电等离子快速烧结(SPS)制备出了单相的Sm和Ce复合掺杂的Skutterudite化合物Sm_mCe_nFe_1.5Co_2.5Sb₁₂，研究了Sm和Ce复合掺杂总量对其热电性能的影响规律.结果表明：随着Sm和Ce复合掺杂总量的增加，p型Sm_mCe_nFe_1.5Co_2.5Sb₁₂化合物的Seebeck系数增加、电导率和热导率降低.当掺杂总量相近时，和Sm、Ce单原子掺杂相比，Sm和Ce复合掺杂使Skutterudite化合物的热导率低10%—40%.Sm_0.22Ce_0.20Fe_1.54Co_2.46Sb_11.89化合物的最大热电性能指数ZT_max值在775K时为0.84. 关键词： 复合掺杂 方钴矿 热电性能