Ⅰ型锗基笼合物Ba8Ga16-xSbxGe30的合成及热电性能

用高温熔融结合放电等离子烧结(SPS)方法合成了Sb掺杂的单相n型Ba8Ga16-xSbxGe30化合物,探索了Sb对Ga的取代对其热电性能的影响规律.研究结果表明随着Sb取代分数x的增加,Seebeck系数逐渐降低,Seebeck系数峰值对应的温度向低温方向偏移.电导率随着x的增加先增大后减小,当x=2时达到最大值.Sb取代Ga后对化合物的热性能有较大影响,其热导率和晶格热导率都有不同程度的降低.在所有n型Ba8Ga16-xSbxGe30化合物中,Ba8Ga14Sb2Ge30化合物的ZT值最大,在950 K左右其最大ZT值达1.1.     

Zn掺杂P型Ba8Ga16ZnxGe30-x笼合物的合成及热电性能

用熔融法结合放电等离子烧结方法合成了Zn掺杂单相p型Ge基Ⅰ型笼合物Ba8Ga16ZnxGe30-x(x=3,4,5,6),探索Zn取代Ge对其热电性能的影响规律,结果表明:所制备的Ba8Ga16ZnxGe30-x化合物为p型传导,随Zn取代量x的增加,化合物室温载流子浓度Np逐渐增加,室温载流子迁移率μH和电导率逐渐降低.在所有试样中,Ba8Ga16Zn3Ge27化合物的Seebeck系数α在300—870K内始终最大,温度为300K时Seebeck系数为234μV/K,在700K附近达295μV/K.化合物的热导率随Zn取代量x的增加而降低.Ba8Ga16Zn3Ge27化合物在806K最大ZT值达0.38.     

Cd掺杂p型Ge基Ba8Ga16CdxGe30-x Ⅰ型笼合物的结构及热电特性

以Cd作为掺杂元素,用熔融法结合放电等离子体烧结(SPS)技术制备了具有不同Cd含量的Ba8Ga16CdxGe30-x(x=0.95,1.00,1.05,1.10) Ⅰ型笼合物,研究了Cd掺杂对其结构及热电性能的影响.Rietveld结构解析表明所制备的Ba8Ga16CdxGe30-x化合物为空间群pm3n的Ⅰ型笼合物,Cd原子主要占据在框架6c和16i位置上且具有较大的原子位移参数(ADP).所有样品均表现为p型传导,样品的载流子散射机制由低温的杂质电离散射为主逐渐过渡到高温的声学波散射为主.随Cd掺杂量的增加,对应化合物电导率逐渐增加,Seebeck系数逐渐降低.由于Cd原子较大的ADP,从而导致较低的晶格热导率,在室温附近,Ba8Ga16Cd1.10Ge28.90化合物的晶格热导率与Ba8Ga16Ge30化合物相比约降低38%.Ba8Ga16Cd1.00Ge29.00化合物的最大ZT值在600 K时为0.173.     

Zn掺杂p型Ba8Ga16ZnxGe30－x笼合物的合成及热电性能

用熔融法结合放电等离子烧结方法合成了Zn掺杂单相p型Ge基Ⅰ型笼合物Ba₈Ga₁₆Zn_xGe_30-x(x=3, 4, 5, 6)，探索Zn取代Ge对其热电性能的影响规律，结果表明：所制备的Ba₈Ga₁₆Zn_xGe_30-x化合物为p型传导，随Zn取代量x关键词： p型笼合物 合成 热电性能     

Zn掺杂n型笼合物Ba8Ga16-2xZnxGe30+x的热电传输特性

用高温熔融结合放电等离子烧结法制备了Zn掺杂单相n型Ba₈Ga_16-2xZn_xGe_30+x笼合物,探索了Zn对Ga的取代对其热电传输特性的影响规律.研究结果表明,n型Ba₈Ga_16-2xZn_xGe_30+x化合物的电导率随着x的增加逐渐增 关键词： 热电传输性能 n型笼合物 框架取代     

Zn掺杂n型笼合物Ba8Ga16-2xZnxGe30+x的热电传输特性

用高温熔融结合放电等离子烧结法制备了Zn掺杂单相n型Ba₈Ga_16-2xZn_xGe_30+x笼合物，探索了Zn对Ga的取代对其热电传输特性的影响规律.研究结果表明,n型Ba₈Ga_16-2xZn_xGe_30+x化合物的电导率随着x的增加逐渐增     

熔体旋甩工艺对Zn掺杂Ⅰ-型Ba8Ga12Zn2Ge32笼合物微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了单相Zn掺杂的I-型Ba8Ga12Zn2Ge32笼合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响.结果表明,MS得到的薄带自由面主要由300 nm-1 μm的小立方体单晶组成,薄带经SPS烧结后得到了具有大量层状精细结构的致密块体.与熔融+SPS工艺制备的试样相比,熔融+MS+SPS制备的Ba8Ga12Zn2Ge3笼合物室温载流子浓度增加而迁移率降低,在测试温度范围内,试样的电导率略有下降,Seebeck系数增加,热导率和晶格热导率显著降低,900 K时其晶格热导率从1.06 W/mK降低至0.42W/mK.熔融+MS+SPS制备的Ba8Ca12Zn2Ge32笼合物试样在900 K时其最大ZT值达到0.90,与熔融+SPS试样相比提高了75%.     

Ge掺杂n型Sn基Ⅷ型单晶笼合物的制备及热电传输特性

采用Sn自熔剂法制备了具有n型传导的Ⅷ型Ba₈Ga_16-xGe_xSn₃₀ （0 ≤ x ≤ 1.0）单晶笼合物,并对其结构和热电特性进行研究. 研究结果表明：Ge在单晶中的实际含量较少,随着掺杂量的增加样品的晶格常数略有减小,Ge掺杂后样品的载流子浓度较掺杂前低,迁移率增加;所有样品的Seebeck系数均为负值,且绝对值较未掺杂样品低,但Ge掺杂后样品的电导率提高了62%;x=0.5的样品在500 K附近取得最大ZT值1.25. 关键词： Ⅷ型笼合物 n型传导 热电性能     

Ge掺杂n型Sn基VIII型单晶笼合物的制备及热电传输特性

采用Sn自熔剂法制备了具有n型传导的VIII型Ba8Ga16 xGexSn30(0 x 1.0)单晶笼合物,并对其结构和热电特性进行研究.研究结果表明:Ge在单晶中的实际含量较少,随着掺杂量的增加样品的晶格常数略有减小,Ge掺杂后样品的载流子浓度较掺杂前低,迁移率增加;所有样品的Seebeck系数均为负值,且绝对值较未掺杂样品低,但Ge掺杂后样品的电导率提高了62%;x=0.5的样品在500 K附近取得最大ZT值1.25.     

Cd掺杂p型Ge基Ba8Ga16CdxGe30-x Ⅰ型笼合物的结构及热电特性

以Cd作为掺杂元素,用熔融法结合放电等离子体烧结（SPS）技术制备了具有不同Cd含量的Ba₈Ga₁₆Cd_xGe_30-x（x=0.95, 1.00, 1.05, 1.10） Ⅰ型笼合物,研究了Cd掺杂对其结构及热电性能的影响.Rietveld结构解析表明所制备的Ba₈Ga₁₆Cd_xGe_{30- 关键词： p型笼合物 结构 热电性能}     

Synthesis and high temperature thermoelectric transport properties of Si-based type-I clathrates

N-type Si-based type-I clathrates with different Ga content were synthesized by combining the solid-state reaction method, melting method and spark plasma sintering (SPS) method. The effects of Ga composition on high temperature thermoelectric transport properties were investigated. The results show that at room temperature, the carrier concentration decreases, while the carrier mobility increases slightly with increasing Ga content. The Seebeck coefficient increases with increasing Ga content. Among all the samples, Ba_7.93Ga_17.13Si_28.72 exhibits higher Seebeck coefficient than the others and reaches -135~μ V.K^-1 at 1000 K. The sample prepared by this method exhibits very high electrical conductivity, and reaches 1.95× 10⁵S.m^-1 for Ba_8.01Ga_16.61Si_28.93 at room temperature. The thermal conductivity of all samples is almost temperature independent in the temperature range of 300--1000~K, indicating the behaviour of a typical metal. The maximum {ZT} value of 0.75 is obtained at 1000~K for the compound Ba_7.93Ga_17.13Si_28.72.     

Ba8Ga16Si30与Sr8Ga16Ge30电子特性和热性质的研究

采用基于密度泛函理论和平面波赝势技术的CASTEP程序计算了笼状化合物Ba8Ga16Si30与Sr8Ga16Ge30的电子结构,并以此为基础进一步研究了它们的热性质。态密度和布居分析显示,Ba8Ga16Si30中笼上原子间成键趋于共价性,Sr8Ga16Ge30中笼上原子间成键趋于离子性,可以认为Ba8Ga16Si30的稳定性比Sr8Ga16Ge30强。带结构显示Ba8Ga16Si30与Sr8Ga16Ge30均为金属。热性质研究中提出一个新的模型,模型中认为Ba8Ga16Si30的笼内Ba原子和笼上Ga原子做爱因斯坦振荡,笼上Si原子做德拜运动,这种模型能够更好地描述Ba8Ga16Si30的热导。     

熔体旋甩工艺对Zn掺杂Ⅰ-型Ba8Ga12Zn2Ge32笼合物微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了单相Zn掺杂的Ⅰ-型Ba₈Ga₁₂Zn₂Ge₃₂笼合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响. 结果表明,MS得到的薄带自由面主要由300nm—1μm的小立方体单晶组成,薄带经SPS烧结后得到了具有大量层状精细结构的致密块体. 与熔融+SPS工艺制备的试样相比,熔融+MS+SPS制备的Ba₈Ga₁₂Zn 关键词： 熔体旋甩 Ⅰ-型笼合物 热电性能     

Sn-based type-VIII single-crystal clathrates with a large figure of merit

Single-crystal samples of type-VIII Ba₈Ga_{16 - x}Cu_xSn₃₀ (x=0, 0.03, 0.06, 0.15) clathrates were prepared using the Sn-flux method. At room temperature the carrier density, n, is 3.5-5×10¹⁹ cm^-3 for all the samples, the carrier mobility, μ_H, increases to more than twice that of Ba₈Ga₁₆Sn₃₀ for all the Cu doping samples, and consequently the electrical conductivity is enhanced distinctly from 1.90×10⁴ S/m to 4.40×10⁴ S/m, with the Cu composition increasing from x=0 to x=0.15. The Seebeck coefficient, α , decreases slightly with the increases in Cu composition. The κ values are about 0.72 W/mK at 300 K and are almost invariant with temperature up to 500 K for the samples with x=0 and x=0.03. The lattice thermal conductivity, κ_L, decreases from 0.59 W/mK for x=0 to 0.50 W/mK for x=0.03 at 300 K. The figure of merit for x=0.03 reaches 1.35 at 540 K.     

Zn掺杂n型笼合物Ba8Ga16-2xZnxGe30+x的热电传输特性

用高温熔融结合放电等离子烧结法制备了Zn掺杂单相n型Ba8Ga16-2xZnxGe30 x笼合物,探索了Zn对Ga的取代对其热电传输特性的影响规律.研究结果表明,n型Ba8Ga16-2xZnxGe30 x化合物的电导率随着x的增加逐渐增大,Seebeck系数随着x的增加而逐渐减小.当Zn完全取代Ga时,Ba8Zn8Ge38化合物的电导率反而急剧下降,Seebeck系数显著增大.Ba8Ga16-2xZnxGe30 x化合物的载流子迁移率随着温度的升高而降低,当Zn掺杂后,化合物的载流子迁移率有一定的增加,随着x的增加而逐渐增大.Ba8Ga16-2xZnxGe30 x化合物的热导率和晶格热导率变化规律类似,随着x的增加先减小后增大.在所有n型Ba8Ga16-2xZnxGe30 x笼合物中,Ba8Ga8Zn4Ge34化合物的ZT值最大,在1000 K时其最大ZT值达0.85.     

Thermoelectric properties and structural instability of type-I clathrate Ba8Ga16Sn30 at high temperatures

Type-I clathrate Ba₈Ga₁₆Sn₃₀ is known as a typical example showing glass-like behavior in the thermal conductivity at low temperatures. We report on thermoelectric properties above room temperature for the p- and n-type single crystals which were grown from Ga–Sn double flux and Sn single flux, respectively. The measurements of electrical resistivity showed hysteretic behaviors when the sample was heated to 600 K. Powder X-ray diffraction analysis indicated that the type-I structure changed to the type-VIII after the sample was heated to 600 K. By using the data of Seebeck coefficient, electrical resistivity, and thermal conductivity, we estimated the dimensionless figure of merit ZT for the type-I Ba₈Ga₁₆Sn₃₀. For the p- and n-type samples, the values of ZT reach 0.58 and 0.50 at around 450 K, respectively, which values are approximately half of those for the type-VIII counterparts.