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新型近室温MgAgSb基热电材料结构及动力学属性的中子散射研究
结题报告
批准号:
11675255
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
王芳卫
学科分类:
A3005.中子技术及应用
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
殷雯、李西阳、李善明、郑小超
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中文摘要
近来热电材料研究领域取得重要突破,报道称MgAgSb基热电材料在近室温温区具有高品质因数且峰值温区较宽,在温差热发电和固态制冷领域应用前景广阔。本项目将主要借助先进的中子散射技术在材料结构及动力学属性研究中的优势,用宽Q区间高分辨中子衍射结合Rietveld方法和对分布函数方法(PDF)重点研究材料的微观结构特征;非弹性中子散射测绘材料中的声子态密度,并尝试使用动力学对分布函数(Dynamic PDF)方法精细化分析局域动力学属性,深入探究声子热导机制。在MgAgSb基体系内,通过在Ag位和Sb位进行组分调控,系统地研究其晶体结构、动力学属性和热电物性随温度、压力及成分等演化的规律,结合第一性原理计算,理解材料的热电属性与微观结构及动力学属性之间的关系,深入探究此材料优越热电性能背后的物理机制,为进一步寻找新型的热电材料提供指导。
英文摘要
A breakthrough on thermoelectric materials was recently reported in MgAgSb-based compounds with high ZT value in a wide temperature range near-room-temperature, simulating the new prospect on the room-temperature application of thermoelectric generation and solid-state cooling. In this project, we will focus on the advantages of neutron scattering techniques in the study of materials structure and dynamic properties. Wide Q-range high resolution neutron diffraction technical will be employed to investigate the sample crystallographic structure by means of the Rietveld method and pair distribution function (PDF) method. Inelastic neutron scattering will be selected to study the phonon properties, and the dynamic PDF analysis will be tried to refine local dynamic properties to go deep into the mechanism of phonon heat conduction. The evolution of the crystallographic structure, atomic dynamics and thermoelectric properties in MgAgSb-based materials will be systematically studied as a function of temperature, pressure and the species and concentration of Ag or Sb ions. In combination of the first principle calculation, the correlation among the thermoelectric properties, crystallographic structure and dynamic characteristics will be interpreted. All those results must be helpful to seek for novel high-ZT thermoelectric materials.
热电材料可以实现热能和电能的相互转换,在温差热发电、固态制冷及低温下稳定工作的太空卫星制冷器等方面拥有巨大的应用市场。商业化的热电器件能量转化效率长期以来达不到实际应用能量转化效率不小于10%的需求,主要原因是传统热电材料品质因数ZT值较低。α-MgAgSb-基热电材料具有高品质因数(450 - 550 K:ZT ~1.4),成为重要的近室温温区高热电性能材料。本项目主要利用多种中子散射技术、同步辐射X射线衍射技术、结合第一性原理计算对α-MgAgSb材料的低热导机制从材料精细结构和晶格动力学方面进行了深入研究。中子全散射的对分布函数分析研究了材料中Mg-Sb构成的NaCl型晶格的局域结构畸变,此结果得到了高分辨同步辐射X射线衍射数据Rietveld精修键长键角结果的进一步验证。高分辨非弹性中子散射发现了新奇的双蘑菇散射声子态密度,却无横声学声子,结合第一性原理计算揭示α-MgAgSb中横声学支声子被局域结构扭曲近乎完全散射。此外,对比变温高分辨中子散射测得的声子态密度随温度升高的软化率与晶格热膨胀造成的声子软化率,发现前者大约是后者的两倍,表明此材料中存在显著的声子非谐效应。本项目研究从材料精细晶体结构和原子动力学的微观层面上揭示了α-MgAgSb具有低热导的物理机制,既α-MgAgSb低晶格热导是局域结构畸变导致强横声学支声子散射和声子非谐效应的结果,对开发新型高性能热电材料具有重要指导意义。
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
Local structure adaptability through multi cations for oxygen redox accommodation in Li-Rich layered oxides
通过多阳离子实现富锂层状氧化物中氧氧化还原调节的局部结构适应性
DOI:10.1016/j.ensm.2019.07.032
发表时间:2020-01
期刊:ENERGY STORAGE MATERIALS
影响因子:20.4
作者:Zhao Enyue;Zhang Minghao;Wang Xuelong;Hu Enyuan;Liu Jue;Yu Xiqian;Olguin Marco;Wynn Thomas A.;Meng Ying Shirley;Page Katharine;Wang Fangwei;Li Hong;Yang Xiao-Qing;Huang Xuejie;Chen Liquan
通讯作者:Chen Liquan
DOI:10.1088/1674-1056/aba09c
发表时间:2020-10
期刊:Chin. Phys. B 29, 106101 (2020).
影响因子:--
作者:Xiyang Li;Zhigang Zhang;Lunhua He;Maxim Avdeev;Yang Ren;Huaizhou Zhao;Fangwei Wang
通讯作者:Fangwei Wang
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.148048
发表时间:2021-02
期刊:Applied Surface Science
影响因子:6.7
作者:Shao-Fei Wang;Bao Wang;T. Bo;Jun-rong Zhang;Fangwei Wang
通讯作者:Shao-Fei Wang;Bao Wang;T. Bo;Jun-rong Zhang;Fangwei Wang
Oriented 3D Magnetic Biskyrmions in MnNiGa Bulk Crystals
MnNiGa 块状晶体中的定向 3D 磁性双斯格明子
DOI:10.1002/adma.201900264
发表时间:2019-02
期刊:Advanced Materials
影响因子:29.4
作者:Li Xiyang;Zhang Shilei;Li Hang;Venero Diego Alba;White Jonathan S;Cubitt Robert;Huang Qingzhen;Chen Jie;He Lunhua;van der Laan Gerrit;Wang Wenhong;Hesjedal Thorsten;Wang Fangwei
通讯作者:Wang Fangwei
Structural and mechanistic revelations on high capacity cation-disordered Li-rich oxides for rechargeable Li-ion batteries
可充电锂离子电池用高容量阳离子无序富锂氧化物的结构和机理启示
DOI:10.1016/j.ensm.2018.06.016
发表时间:2019-01
期刊:Energy Storage Materials
影响因子:20.4
作者:Enyue Zhao;Lunhua He;Baotian Wang;Xiyang Li;Junrong Zhang;Yang Wu;Jie Chen;Shaoying Zhang;Tianjiao Liang;Yuanbo Chen;Xiqian Yu;Hong Li;Liquan Chen;Xuejie Huang;Hesheng Chen;Fangwei Wang
通讯作者:Fangwei Wang
尖晶石铬基硫化物ACr2S4磁电效应与磁热效应的研究
  • 批准号:
    11274369
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    87.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    王芳卫
  • 依托单位:
稀土-铬-硫化合物的Jahn-Teller效应与磁电耦合研究
  • 批准号:
    10974244
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    37.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    王芳卫
  • 依托单位:
锰氧化物晶格自旋结构及动力学的中子散射研究
  • 批准号:
    10375088
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    31.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    王芳卫
  • 依托单位:
国内基金
海外基金