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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:
58.0 万元
负责人:
唐国栋
依托单位:
学科分类:
金属能源与环境材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
唐国栋

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
SnSe多晶具有制备工艺简单,生产成本低,机械性能稳定等突出优点,具有广阔应用前景。然而受限于低功率因子和高热导率,其热电性能相对较低。项目提出利用能带和共格纳米析出相协同调控SnSe热电性能新思路,通过能带收敛、态密度提升等能带调控手段,显著提高材料的功率因子;进一步利用共格纳米析出相调控SnSe多晶热电性能,由于其对载流子迁移率和功率因子的抑制作用很小,对声子散射的弛豫时间极短,该方法既能保持材料高功率因子,又可以有效抑制晶格热导率,实现对材料电声输运的协同调控,优化热电性能。系统研究能带收敛、态密度提升引起SnSe热电性能的变化机制;共格纳米析出相对SnSe多晶显微结构的影响;能带与共格纳米析出相对材料电声输运的协同调控机制。揭示能带调控对材料热电性能的影响机制,探明能带与共格纳米析出相对SnSe多晶电声输运的协同调控机制。通过本项目的研究为高性能热电材料研发提供新思路和理论基础。
英文摘要
Polycrystalline SnSe has great potential for thermoelectric applications due to its simple manufacturing technology, low preparation cost and stable mechanical properties. Low power factor and high thermal conductivity lead to relatively low thermoelectric performance in polycrystalline SnSe. In this project, tailoring band structure and endotaxial nanostructuring are proposed to synergistically optimizing thermoelectric performance of polycrystalline SnSe. Band convergence and enhanced density of state are suggested to improve the power factor. We further modulate the electrical and thermal transport properties in polycrystalline SnSe by endotaxial nanostructuring. Endotaxial nanoprecipitates don’t suppress carrier scattering and power factor. The phonon scattering relaxation time of the endotaxial nanoprecipitates is much more shorter than the other phonon scattering process. This method not only helps maintain high power factor but also significantly diminishes lattice thermal conductivity. The electrical and thermal transport properties of polycrystalline SnSe can be synergistically optimized. The regulation mechanism of band convergence and enhanced density of state on thermoelectric properties of materials will be systematically studied. The effects of endotaxial nanoprecipitates on microstructures of polycrystalline will be investigated. The synergistic modulating mechanism of tailoring band structure and endotaxial nanostructuring will be studied. We can reveal the effect of tailoring band structure on thermoelectric properties and the synergistic modulating mechanism of tailoring band structure and endotaxial nanostructuring by this project. This project will provide a new pathway and theoretical foundation for research and development of high performance thermoelectric material.
受限于低功率因子和高热导率,多晶SnSe的热电性能相对较低,限制了其开发与应用。为进一步提升材料的热电性能特别是宽温域的热电优值,项目提出利用能带和共格纳米析出相协同调控材料热电性能新思路。本研究揭示了能带调控对SnSe材料热电性能的影响机制,明确能带调控对材料热电性能的提升机理;研究了材料的显微结构,揭示了共格纳米析出相、量子点、位错、晶格畸变、微纳米孔以及纳米片、纳米棒等结构设计对材料电输运性能的作用机制;通过研究不同能带调控方式结合共格纳米相等多种微结构设计对材料热电性能的影响,探明了能带与微结构设计对SnSe多晶电声输运的协同调控作用机制,开发了多种优化材料热电性能的新方法,制备了一系列高性能多晶SnSe热电材料。创新性提出了共格纳米析出相结合双空位缺陷与共振能级协同调控SnSe热电材料电声输运的新方法;通过引入肖特基空位和共格纳米析出相,构造声子散射中心大幅抑制晶格热导率,在P型多晶SnSe中实现了高热电性能;基于渗流模型利用自下而上的低温水热合成技术制备高择优取向的纳米棒结构SnSe热电材料,在基体中诱导SnS纳米析出相协同能带对齐效应在无毒元素掺杂材料中实现了高热电性能。开发了强磁场辅助水热合成技术、纳米晶结构设计、能带调控等多种材料制备与性能调控方法,借助能带与微观结构设计协同优化材料电声输运思路,揭示了它们协同调控电声输运机制,研制了高性能N型和P型SnSe热电材料,将N型材料的ZT值提升至高达2.2,将P型材料宽温域的ZT值提升至0.9(峰值ZT = 2.4)。通过本项目的实施大幅提升了材料的热电性能,并形成一系列调控新策略新方法,为高性能多晶SnSe研发提供参考与借鉴。
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:
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
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    唐国栋
  • 依托单位:
国内基金
海外基金