课题基金 / 基金详情

电负性客体填充的新型方钴矿材料合成和输运机制研究

批准号:
51772231
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
段波
依托单位:
学科分类:
无机非金属半导体与信息功能材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
翟鹏程、李艳丽、陈刚、李家良、张小炼、余跃、李俊超

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
方钴矿基包合物材料是最具应用前景的中温热电材料之一,其热电优值的提高和规模化可控制备是国际热电材料领域的挑战性难题。本项目基于申请者最新发现的以S、Cl等电负性原子为填充客体的方钴矿材料,结合传统电正性金属原子填充成果,系统研究并揭示不同客体组合填充及置换对方钴矿基材料显微结构、电子结构、客体-主体成键特性和热振动模式等的影响规律,阐明多元填充客体及置换原子的组合规律及其对电热输运行为的影响规律,探索并发展新型多元客体填充方钴矿材料的低能耗规模化可控制备方法和工艺,设计并制备基于电负性客体填充且稳定存在的系列新型方钴矿材料,实现基于多元客体填充方钴矿材料中电、热输运行为的协同调控,为大幅提高p型和n型方钴矿材料的热电优值和材料的规模化制备提供新的途径。
英文摘要
The skutterudite-based inclusion compounds are one of the most promising thermoelectric materials in the intermediate temperature range. How to improve their thermoelectric performance and develop the large-scale preparation technology still remain challengeable so far. Based on our recently findings on electronegative guests (S, Cl etc.) filled CoSb3 skutterudites and previously achievements on electropositive metal atoms filled skutterudites, this project will study and clarify the influence of different filling guests and/or substitutional atoms on various properties of skutterudites, such as the crystal structure, electronic structure and phonon scattering mechanism, thus to reveal the combination law between electronegative guests and substitutional atoms, as well as the electrical and thermal transport characteristics. This project will explore and develop the controllable technology for the large-scale preparation of multiple-guests filled new skutterudites materials with low energy consumption, design and fabricate a series of new stable skutterudites based on the filling of electronegative guests, and realize the synergistic optimization of the electrical and thermal transport characteristics. This research provides a new strategy for developing high-performance bulk p-type and n-type skutterudite materials and their large-scale preparation.
电负性客体填充方钴矿材料具有低能耗、规模化生产的优势和潜力。研究基于电负性客体填充的新型方钴矿基材料,探索电负性客体原子的填充条件和实验工艺,揭示电负性填充客体对方钴矿材料晶体结构、电子结构、电热输运的影响规律和作用机制,都是极具挑战而又十分重要的新课题,是实现方钴矿材料性能优化和规模化可控制备的重要基础。本项目结合理论计算和实验,设计并制备了多种电负性客体填充的方钴矿化合物,通过高温高压结合放电等离子烧结,获得了硫双位掺杂的p型方钴矿,掺杂和填充引入的晶格应变使Co4Sb12的能带平坦化,减小了价带顶和次价带间的能量差,增加了参与电输运的能谷数量,强化了材料的功率因子。硫双位掺杂样品的低温比热和拉曼谱图表明晶格应变引起了非谐和低频振动,导致材料的晶格热导率显著降低;本项目发展了阶段压力一步快速制备电负性客体填充方钴矿的方法,获得的材料富含晶内孔隙,研究并揭示了压力、温度、组分的改变对填充方钴矿电热输运性能和力学性能的影响,该方法制备的硫填充碲取代样品的性能明显增加,高温ZT值超过1.6,300-825K温度区间的平均ZT值达到0.96。本项目发展的阶段压力制备含低熔点材料的方法对研究多孔热电材料及其他功能材料具有重要借鉴意义。
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
DOI: 10.1021/acsaem.9b02103
发表时间: 2019-12
期刊: ACS Applied Energy Materials
影响因子: 6.4
作者: [Deng Wenying, Li Guodong, Zhang Xiaolian, Morozov Sergey I., Goddard William A. III, Zhai Pengcheng]
通讯作者: Zhai Pengcheng
First principle study of intrinsic point defects in Zintl-phase thermoelectric Eu2ZnSb2
Zintl相热电Eu2ZnSb2本征点缺陷的第一性原理研究
DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.155981
发表时间: 2020-11
期刊: Journal of Alloys and Compounds
影响因子: 6.2
作者: [Ma Haoqin, Li Guodong, Zhang Xiaolian, Huang Haijun, Duan Bo, Zhai Pengcheng]
通讯作者: Zhai Pengcheng
Molecular dynamics simulations of the effects of nanopores on mechanical behavior in the Mg2Sn system
纳米孔对 Mg2Sn 体系机械行为影响的分子动力学模拟
DOI: 10.1016/j.commatsci.2019.01.043
发表时间: 2019-04
期刊: Computational Materials Science
影响因子: 3.3
作者: [Huang Min, Yang Xuqiu, Chen Gang, Li Guodong, Zhai Pengcheng]
通讯作者: Zhai Pengcheng
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.228713
发表时间: 2020-11
期刊: Journal of Power Sources
影响因子: 9.2
作者: [Cai Lanlan, Li Peng, Luo Qi, Yan Han, Zhai Pengcheng, Gao Peng]
通讯作者: Gao Peng
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    p型方钴矿能带结构调控新机制与输运性能优化
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      58万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      段波
    • 依托单位:
    VIA族元素共掺杂CoSb3基材料的制备和电热输运机制研究
    • 批准号:
      51302205
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      段波
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金