贫镁Mg2Si基热电材料的晶体结构与电声输运

批准号:
51571177
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
赵新兵
依托单位:
学科分类:
E0110.金属生物与仿生材料
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
邬春阳、刘晓华、余冠廷、忻佳展、唐正龙、王浩
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中文摘要
降低热导率是实现绿色环保型Mg2Si基热电材料性能突破的关键。本项目组在前期研究中发现,Mg2Si基材料的Si侧高含量Sb置换可导致材料宏观贫镁,并使材料具有接近于理论下限的低声子热导率。围绕这种贫镁Mg2Si基材料的特殊晶体结构及其对电声输运影响,本项目拟通过多种手段互洽的微结构表征分析和系统的电声输运机制研究,阐明宏观贫镁的微观晶体结构特征、晶体缺陷表现形式和形成演变规律,揭示由于Mg缺失所形成的晶体结构和晶体缺陷对材料能带结构、载流子和声子输运特性的影响规律,并在此基础上探索实现Mg2Si基热电材料性能突破的新方向和可行途径。
英文摘要
The non-toxic, naturally abundant constituent elements and the favorable electronic properties make Mg2Si based thermoelectric materials excellent candidates for large scale applications. To improve their thermoelectric properties the thermal conductivity must be reduced. It was found in our recent work that alloying Sb in the Si-site could make the Mg2Si based materials magnesium deficient and result in a very low phonon thermal conductivity near the theoretical limit. Focusing on the crystal structures and electron/phonon transports, the present proposal suggests to investigate the magnesium deficient Mg2Si based thermoelectric materials with various microstructure analysis and transport measurement, to clarify the crystal structures, lattice defects and their formation, development in the magnesium deficient Mg2Si based thermoelectric materials, to reveal the effects of the magnesium deficient microstructures on the band structure, carrier- and phonon-transports, and to explore the potential direction and feasible route for high performance advanced Mg2Si based thermoelectric materials.
本项目计划围绕贫镁Mg2Si基热电材料中的晶体结构特征及其对电声输运的影响机制,开展了Mg2Si基热电材料中宏观贫镁微观机制、晶体缺陷形成演变机制、晶体结构对电声输运作用机制以及贫镁Mg2Si基热电材料的性能优化等方面的研究。本项目提出了贫镁Mg2Si中镁空位和纳米尺度带状贫镁缺陷的微结构形成机制,其中镁空位源于Sb元素取代所产生的电荷差异;纳米尺度带状贫镁缺陷源于镁空位在后续的热压烧结过程中的聚集、崩塌所形成的高密度位错及其运动。本项目从理论和实验上证实了贫镁Mg2Si基热电材料具有低晶格热导率的微观机制是镁空位和纳米尺度贫镁缺陷对声子输运的共同作用。本项目研究发现,镁空位对能带没有显著影响,而间隙镁可转移电子到晶格位的Si原子并与Mg原子共享电子,从而影响电荷密度的分布,在导带底形成类缺陷能级。本项目对α-MgAgSb的研究发现,Nowotny-Juza化合物具有本征低热导率的物理起因是整体弱键和三中心键的局域振动引起的共振散射。截止2016年12月30日,本项目发表的标注论文已被SCI论文他引367次,最高单篇论文他引70次。本项目已全面完成项目研究目标。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
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专利列表
Band Structures and Transport Properties of High-Performance Half-Heusler Thermoelectric Materials by First Principles.
基于第一性原理的高性能Half-Heusler热电材料的能带结构和输运特性
DOI:10.3390/ma11050847
发表时间:2018-05-19
期刊:Materials (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:Fang T;Zhao X;Zhu T
通讯作者:Zhu T
Are Solid Solutions Better in FeNbSb-Based Thermoelectrics?
固溶体在 FeNbSb 基热电材料中是否更好?
DOI:10.1002/aelm.201600394
发表时间:2016
期刊:Advanced Electronic Materials
影响因子:6.2
作者:Fu Chenguang;Liu Yintu;Zhao Xinbing;Zhu Tiejun
通讯作者:Zhu Tiejun
Lanthanide Contraction as a Design Factor for High-Performance Half-Heusler Thermoelectric Materials
镧系元素收缩作为高性能 Half-Heusler 热电材料的设计因素
DOI:10.1002/adma.201800881
发表时间:2018-08-09
期刊:ADVANCED MATERIALS
影响因子:29.4
作者:Liu, Yintu;Fu, Chenguang;Zhu, Tiejun
通讯作者:Zhu, Tiejun
Enhanced thermoelectric performance of n-type bismuth-telluride-based alloys via In alloying and hot deformation for mid-temperature power generation
通过 In 合金化和热变形增强 n 型碲化铋基合金的热电性能,用于中温发电
DOI:10.1016/j.jmat.2018.05.008
发表时间:2018-09-01
期刊:JOURNAL OF MATERIOMICS
影响因子:9.4
作者:Li, Feng;Zhai, Renshuang;Zhu, Tiejun
通讯作者:Zhu, Tiejun
DOI:10.1088/1361-6463/aaaa58
发表时间:2018-02
期刊:Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子:--
作者:Yu Junjie;Xia Kaiyang;Zhao Xinbing;Zhu Tiejun
通讯作者:Zhu Tiejun
碲化铋基热电材料中类施主效应的形成机制与有效控制
- 批准号:51871199
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
块体热电材料的热变形诱导再结晶与性能优化
- 批准号:51271165
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:83.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
高性能热电材料的非平衡态制备科学和电声输运协调
- 批准号:50731006
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:170.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
汽车发动机余热温差发电用高电导/低热导型FeSi2基热电材料
- 批准号:50522203
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:29.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
Bi2Te3纳米管及纳米复合热电材料
- 批准号:50471039
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:29.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
稀土元素插层化合物的能带结构和热电特性
- 批准号:50171064
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
金属硅化物热电材料中声子在晶体缺陷处的散射研究
- 批准号:59971044
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:15.0万元
- 批准年份:1999
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
硅基金属间化合物的微观结构和吸收锂电化学特性
- 批准号:59771032
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:12.0万元
- 批准年份:1997
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
铝-锂合金材料中受织构影响的晶粒长大的研究
- 批准号:59101004
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:4.5万元
- 批准年份:1991
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
国内基金
海外基金
