Ca3Co4O9基热电材料自旋熵的物理机制及其调控

批准号:
11204134
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
30.0 万元
负责人:
唐国栋
依托单位:
学科分类:
A2006.铁电与多铁体系
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
李建亮、王广甫、彭英博、黄启俊、程晓玲
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中文摘要
钴基氧化物热电材料是有着广阔应用前景的一类热电材料。研究发现以Ca3Co4O9基陶瓷为代表的钴基氧化物热电材料热电势的增强起源于运动电荷的自旋,电子自旋熵是引起高热电势的主要原因。本项目借助自旋熵调控研究,探索通过自旋调控优化热电势,并深入研究自旋熵的物理机制。项目拟用4f稀土族离子置换Ca3Co4O9中的Ca位和变价3d过渡金属元素置换Co位相结合的方法,调节Co4+离子浓度和系统原子能级简并度,并可能丰富自旋熵传输途径,探索自旋熵的调控优化。同时通过研究自旋熵传输途径和自旋熵沿Ca3Co4O9单晶不同方向的传输特性,明确自旋熵传输机理;结合声子在自旋熵形成中的作用研究,揭示自旋熵的内在物理机制。通过本项目的研究,掌握调控优化材料自旋熵的有效途径,优化材料的自旋熵和热电势,深化对自旋熵物理机制的认识。本项目对于丰富发展热电基础理论、推动新型高性能氧化物热电材料的研发与应用有重要意义。
英文摘要
The cobalt oxide thermoelectric materials have a good prospect of application. It was proposed that the thermopower of Ca3Co4O9 based cobalt oxide thermoelectric materials originates from spins of moving charge. Spin entropy maybe is the source of its large thermopower. We study on the physical mechanism and manipulation of spin entropy in this project to explore manipulating and optimizing the thermopower through spins. We combine substitution of 4f rare earth ions for Ca with doping of variable valence 3d transition metals into Co sites to manipulate the Co4+ concentration and degeneracy of Ca3Co4O9, also possibly to provide several transport approach for spin entropy for manipulating and optimizing spin entropy. Meanwhile, we can reveal transport mechanism of spin entropy by investigating transport approach of spin entropy and its transport characteristics along different directions in the single crystal. Combining with studying the role of phonon in the formation of spin entropy, we can disclose the physical mechanism of spin entropy. By this project, we can understand the effective ways for manipulating and optimizing the spin entropy. The spin entropy and thermopower of Ca3Co4O9 based oxide thermoelectric materials can be improved and the physical mechanism of spin entropy can be further understood by this study. This project is important to contribute to the thermoelectric theory and to promote research design and application of novel high performance oxide thermoelectric materials.
钴基氧化物热电材料是有着广阔应用前景的一类热电材料。研究发现以Ca3Co4O9基陶瓷为代表的钴基氧化物热电材料热电势的增强起源于运动电荷的自旋,电子自旋熵是引起高热电势的主要原因。本项目研究了不同调控方式引起自旋熵的变化机制,系统研究了自旋熵调控对Ca3Co4O9材料热电性能的影响,发现了利用自旋熵调控优化材料热电性能的有效途径。研究发现了自旋熵是Ca3Co4O9热电势的主要来源。研究了利用抑制Co4+ 离子浓度来提高材料的自旋熵,研发了具有优良性能的新型热电材料。如:Gd掺杂Ca3Co4O9材料在300 K的热电势提高到179微伏每开。研究发现磁性离子在优化材料自旋熵和热电性能方面具有独特优势,通过引入过渡金属磁性离子,调控非成对自旋数目,带来自旋熵对热电势的贡献,提高材料热电势和热电性能。研究了自旋量子态调控对材料热电材料性能的影响,通过晶格形变产生的化学压力改变晶体场分裂能,诱导磁性离子自旋量子态转变,从而改变系统原子能级简并度,增大自旋熵对热电势贡献,发现了通过自旋量子态调控能明显提高材料热电性能,并发现了化学压力效应对材料电输运性能有重要影响。并对自旋熵传输机理有深入研究,发现了新的自旋熵传输方式,深入认识了自旋熵形成的物理机制。研究发现通过优化材料中载流子浓度,能在热电势提升的同时带来电导率的改善。研究发现了通过碳纳米管掺杂,可以获得极低热导率氧化物热电材料,提出了设计具有极低热导率氧化物热电材料的有效方法。本项目明确了利用自旋熵调控优化材料热电性能的有效途径。本项目的开展对于丰富发展热电基础理论、推动新型高性能氧化物热电材料的研发与应用有重要意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Ultralow thermal conductivity and thermoelectric properties of carbon nanotubes doped Ca3Co4O9+delta
Ca3Co4O9 δ碳纳米管的超低导热系数和热电性能
DOI:--
发表时间:2015
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Jianfeng Wen;Zhuangchun Wu;Cang Fan;Zhihe Wang
通讯作者:Zhihe Wang
DOI:10.1007/s11664-013-2903-6
发表时间:2014-02
期刊:Journal of Electronic Materials
影响因子:2.1
作者:G. Tang;Wenchao Yang;F. Xu;Yun He
通讯作者:G. Tang;Wenchao Yang;F. Xu;Yun He
Photoluminescence and photocatalytic properties of BiOCl and Bi24O31Cl10 nanostructures synthesized by electrolytic corrosion of metal Bi
金属Bi电解腐蚀合成BiOCl和Bi24O31Cl10纳米结构的光致发光和光催化性能
DOI:10.1016/j.materresbull.2012.12.011
发表时间:2013-03
期刊:Materials Research Bulletin
影响因子:5.4
作者:Chen, G.;Fang, G. L.;Tang, G. D.
通讯作者:Tang, G. D.
Spin entropy enhancement tuned by spin state transition in La0.7-xYxCa0.3CoO3
La0.7-xYxCa0.3CoO3 中自旋态转变调节的自旋熵增强
DOI:10.1016/j.ceramint.2013.10.117
发表时间:2014-05
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Tang, Guodong;Wu, Qisheng;Qiu, Li;Du, Youwei
通讯作者:Du, Youwei
Improving the spin entropy by suppressing Co4+ concentration in thermoelectric Ca3Co4O9+delta
通过抑制热电 Ca3Co4O9 δ 中 Co4 浓度来提高自旋熵
DOI:--
发表时间:2013
期刊:Ceramics International
影响因子:5.2
作者:Tang, Guodong;Xu, Feng;Zhang, Dewei;Wang, Zhihe
通讯作者:Wang, Zhihe
能带与共格纳米析出相协同调控SnSe多晶热电性能研究
- 批准号:52071182
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2020
- 负责人:唐国栋
- 依托单位:
强磁场下制备晶粒择优取向的SnSe纳米材料及其热电性能研究
- 批准号:U1732153
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:50.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:唐国栋
- 依托单位:
国内基金
海外基金
