Sr掺杂对CaMnO_3基氧化物电子性质及热电输运性能的影响

采用密度泛函理论计算分析的方法研究了Ca位Sr掺杂的CaMnO_3基氧化物的电子性质和电性能;采用柠檬酸溶胶-凝胶法结合陶瓷烧结制备工艺制备了Ca位Sr掺杂的CaMnO_3基氧化物块体试样,分析研究了所得试样的热电传输性能.结果表明,Sr掺杂CaMnO_3氧化物仍然呈间接带隙型能带结构,带隙宽度由0.756 eV减小到0.711 eV.Sr掺杂CaMnO_3氧化物费米能级附近的载流子有效质量均得到调控,载流子浓度也有所增大.Sr比Ca具有更强的释放电子能力,其掺杂在CaMnO_3氧化物中表现为n型.Sr掺杂的CaMnO_3基氧化物材料电阻率大幅度降低,Seebeck系数绝对值较本征CaMnO_3基氧化物材料有一定程度的增大,Sr掺杂量为0.06和0.12的Ca_(1-x)Sr_xMnO_3(x=0.06,0.12)试样,其373 K的电阻率分别降低至本征CaMnO_3基氧化物材料的25%和21%,其373 K的Seebeck系数绝对值分别是本征CaMnO_3基氧化物材料的112.9%和111.1%,Sr掺杂有效提高了CaMnO_3基氧化物材料的热电性能.     

单晶LaB_6阴极材料典型晶面的电子结构和发射性能研究

单晶LaB_6是一种理想的热发射和场发射阴极材料,其不同晶面表现出不同的发射性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了LaB_6单晶的(100),(110),(111),(210),(211)和(310)典型晶面的差分电子密度、能带结构和态密度,并对光学区熔法制备的高质量单晶LaB_6的上述典型晶面的热发射性能进行了测试.理论计算结果表明LaB_6各晶面结构的不同和电子结构的差异导致LaB_6发射性能具有各向异性,晶面内La原子的密度越大、费米能级进入导带越深、费米能级附近态密度越大及其在导带区域的分布宽度越宽、导带在费米能级附近分布越多,晶面的逸出功越低,发射性能越好.热发射测试结果表明,当阴极测试温度为1773 K,测试电压为1 k V时,(100),(110),(111),(210),(211)和(310)晶面的最大发射电流密度分别为42.4,36.4,18.4,32.5,30.5和32.2 A/cm~2,其中(100)晶面具有最佳的发射性能.     

Cu掺杂氧化锌氧化物的热学性能

基于线性响应的密度泛函微扰理论研究了Cu掺杂纤锌矿结构氧化物ZnO的热学参数和热学性能。结果表明,Cu掺杂导致ZnO氧化物晶胞减小;在计算温度区间,纯的ZnO和Cu掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大,Cu掺杂的ZnO具有较高的晶格热容;纯的ZnO和Cu掺杂ZnO的晶格热容在最高温度900K时分别达到69.1J·(mol-1·K-1)和152.8J·(mol-1·K-1)。纯的ZnO和Cu掺杂ZnO的德拜温度均随温度升高而不断增大;在175K以下,Cu掺杂ZnO体系的德拜温度高于未掺杂体系,在175K以上,Cu掺杂ZnO体系的德拜温度低于未掺杂体系。Cu掺杂在ZnO中引入了新的振动模式。Cu掺杂ZnO氧化物应具有较高的晶格热导率。     

[Ca_(24)Al_(28)O_(64)]~(4+):4e~-电子化合物的制备及其电输运特性

金属氧化物电子化合物[Ca_(24)Al_(28)O_(64)]~(4+):4e~-(C12A7:e~-)因其天然的纳米尺度笼腔结构带来的新奇物理化学特性而在阴极电子源材料、超导和电化学反应等领域有着独特的应用价值.本文系统研究了以CaCO_3和Al_2O_3粉末为原料,采用固相反应-放电等离子烧结-活性金属Ti还原相结合的方法制备C12A7:e~-的工艺条件及其电输运特性.实验结果表明:在封装石英管真空度为10~(-5)Pa,还原温度为1100?C,还原时间为10—30 h条件下,成功制得载流子浓度为约10~(18)—10~(20)cm~(-3)的C12A7:e~-块体材料.第一性原理计算得到的C12A7:e~-能带结构和态密度表明,笼腔内的O~(2-)完全被e-取代后,C12A7:e~-费米能级明显穿过笼腔导带,说明位于笼腔内自由运动的电子使C12A7从绝缘体转变成导体,同时费米面附近的笼腔电子易于从笼腔导带跃迁至框架导带,在电场或热场的作用下电子更容易逸出,这也是C12A7:e~-逸出功低的主要原因.     

双掺杂BaxAgyCa3-x-yCo4O9氧化物的织构与电输运性能

采用柠檬酸溶胶凝胶和放电等离子烧结制备了Ca位双掺杂型的Ba_xAg_yCa_3-x-yCo₄O₉烧结体,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电阻率测试仪等研究了烧结体相组成、取向度、织构及电性能.结果表明：含Ag的掺杂试样中出现了偏离化学计量比分布的Ag单质,掺杂试样取向度随Ba与Ag掺杂量之比x/y的增大而提高,含Ag的掺杂试样取向度低于未掺杂试样,不含Ag的掺杂试样取向度高于未掺杂试样.x=y=01的试样导电机理发生变化.Ba,Ag掺杂量相等的试样保持较低取向度的同时具有较低的电阻率,在973 K时达到最低值（73 mΩcm）,而取向度最低的Ag单掺杂试样电阻率在所有试样中最低,在973 K时为63 mΩcm. 关键词： 3Co₄O₉')" href="#">Ca₃Co₄O₉ 双掺杂 织构 电输运性能     

双掺杂BaxAgyCa3-x-yCo4O9氧化物的织构与电输运性能

采用柠檬酸溶胶凝胶和放电等离子烧结制备了Ca位双掺杂型的BaxAgyCa3-x-yCo4O9烧结体,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、电阻率测试仪等研究了烧结体相组成、取向度、织构及电性能.结果表明:含Ag的掺杂试样中出现了偏离化学计量比分布的Ag单质,掺杂试样取向度随Ba与Ag掺杂量之比x/y的增大而提高,含Ag的掺杂试样取向度低于未掺杂试样,不含Ag的掺杂试样取向度高于未掺杂试样.x=y=0.1的试样导电机理发生变化.Ba,Ag掺杂量相等的试样保持较低取向度的同时具有较低的电阻率,在973 K时达到最低值(7.3 mΩcm),而取向度最低的Ag单掺杂试样电阻率在所有试样中最低,在973 K时为6.3 mΩcm.     

(Ce, La)yFe1.0Co3.0Sb12热电化合物的固相反应合成及性能研究

研究了以Co，Sb，Fe及稀土Ce，La为起始原料，采用固相反应-放电等离子烧结(SPS)技术合成二元稀土填充式Skutterudite化合物(Ce，La)yFexCo4-xSb12(x=1．0，y=0—0．3)，并对化合物的热电性能进行了研究。实验结果表明：在y=0—0．3组成范围内，采用固相反应-SPS法在900-1000K温度范围内合成了(Ce，La)yFexCo4-xSb12化合物，并伴有极少量的Sb相。(Ce，La)，FexCo4-xSb12化合物呈现P型传导，化合物的晶格常数和Seebeck系数随Ce，La复合填充分数y的增加而增加，电导率和热导率由于Ce，La的复合填充大幅度降低，并且随着填充分数的增加进一步降低。当Ce，La复合填充分数为0．3时热导率达到最小值。在773K，富Co组成Ce0.1La0．2FeCo3Sb12化合物的最大无量纲热电性能指数ZTmax达0．46。     

ZnS电子结构及电性能应力效应的研究

基于广义梯度近似平面电子波函数密度泛函理论计算的方法研究了无压力下和在1 GPa外压应力下闪锌矿结构ZnS的能带结构、电子状态密度、结合状况和介电性能。结果表明在外加1 GPa压力时闪锌矿结构ZnS晶格常数由2.7605减小到2.7049,对称性不变.在外压1 GPa应力下ZnS仍呈直接带隙的能带结构,带隙宽度较未加压力时减小到1.698 e V.在外加1 GPa压应力下ZnS费米能附近的载流子浓度大大增加,更容易发生跃迁而产生电迁移和光电现象。外加1 GPa压力时Zn-S键长由2.3905减小到2.3405,Zn-S成键数量由1.820个增加到1.860个.ZnS硫化物在紫外和可见光波段主要存在四个介电吸收峰,外加1 GPa压应力下位于170 nm和210 nm附近的直接跃迁介电吸收峰强度降低.     

Ga掺杂ZnO的电子结构与电性能的研究

采用密度泛函理论广义梯度近似第一性原理计算的方法研究了n型Ga掺杂的纤锌矿结构氧化物ZnO的晶格结构、能带结构和态密度,在此基础上分析了其电性能.计算结果表明,掺杂ZnO氧化物晶格a,b轴增大,c轴略有减小;Ga掺杂ZnO氧化物两能带之间具有0.6eV的直接带隙,需要载流子(电子)跃迁的能隙宽度较未掺杂的ZnO氧化物减小;掺杂体系费米能级附近的态密度大大提高,其能带主要由Gas态、Zns态和Os态电子构成,且他们之间存在着强相互作用,其中Gas态电子对导带贡献最大.电输运性能分析结果表明,Ga掺杂ZnO氧化物导电机构由Znp-Op电子在价带与导带的跃迁转变为Gas-Znd-Os电子在价带与导带的跃迁,这也表明Gas态电子在导电过程中的重要作用;掺杂体系费米能级附近的载流子有效质量较未掺杂体系增大,且价带中的载流子有效质量较大,导带中的载流子有效质量较小.     

Ca掺杂对ZnO氧化物热学性能的影响

在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上的第一性原理计算的方法研究了Ca掺杂对纤锌矿结构氧化物ZnO热学参数和热学性能的影响。研究结果表明,Ca掺杂ZnO氧化物晶格a,b,c轴均有所增大;在计算温度区间,纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大;Ca掺杂的ZnO具有较高的晶格热容;纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容在最高温度900K分别达到16.5 Cal.mol-1K-1和31.7Cal.mol-1K-1。纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的德拜温度 均随温度升高不断增大,Ca掺杂的ZnO的德拜温度 均高于纯的ZnO。Ca掺杂在ZnO中引入了新的振动模式。Ca掺杂ZnO氧化物应该具有较高的晶格热导率。