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四元Cu2ZnSnSe4基热电材料输运性能调控机制研究

批准号:
12075273
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
徐伟
学科分类:
光束线技术与实验方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
徐伟

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
类金刚石结构Cu2ZnSnSe4基四元体系是一种极具发展前景、亟待发掘的p型热电材料。这类材料的热电优值存在极大的提升空间。然而,对这类体系热电性能调控,尚缺乏深层的微观机制理解。因而,为进一步提升其热电优值,亟需深入研究各类缺陷、电-声子相互作用、拓扑相等对热电输运性质的调控机理,以构建基本物理图像。本项目主要研究Cu2ZnSnSe4基热电材料中的缺陷种类、缺陷配位环境、投影声子态密度、电荷动力学行为、拓扑相结构等。通过原位X射线吸收精细结构谱学,并结合核共振散射、远红外反射率谱等多项同步辐射技术,揭示内禀缺陷、掺杂缺陷、电-声子耦合、电荷输运拓扑相保护等对电子和声子传输的调控机制。旨在解决类金刚石体系中协同优化电热输运性能的关键科学问题。项目成果将为优化设计类似结构高性能热电材料提供新思路,具有重要的科学意义。
英文摘要
Quaternary Cu2ZnSnSe4–based compounds with Diamond-like structure are a family of promising p-type thermoelectric materials to be fully exploited. There is an extremely large room for improving the thermoelectric figure of merit for this family of compounds. Nevertheless, there still lacks profound understanding of the key factors that govern the thermoelectric transport properties of this system. To further improve the thermoelectric figure of merit, it is, therefore, mandatory to establish a fundamental physical picture by deeply understanding the impacts upon the thermoelectric transport behavior as imposed by a variety of defects, electron-phonon interactions, and topological phase, etc. This project mainly investigate the Cu2ZnSnSe4 based thermoelectric materials, revealing the types of defects, defects coordination environment, projected phonon density of states, charge dynamics, and topological phase structures, etc. This project employs multiple synchrotron radiation based techniques such as in situ X-ray Absorption Fine structure spectroscopy, nuclear resonant scattering spectroscopy, and far-infrared reflectance spectroscopy, to explore mechanisms of electron and phonon transport behavior influenced by the intrinsic defects, doping defects, electron-phonon coupling, and topological protection of charge transport. The goal of the project is to address the key scientific issues regarding the synergetic optimization of the thermoelectric transport properties in the diamond-like structured compounds. The findings will be scientifically significant and shed new lights upon the optimizing or designing of high performance thermoelectric materials of similar structures.
为应对日益剧增的能源需求、减轻环境恶化的压力,能源相关材料研究持续成为人们关注的焦点,一方面有助于产业升级提升经济效率;另一方面,这类材料体系中存在共性的关键科学问题,以几类科学问题为突破点,拓展人类对能源转化机制的深入理解,具有长远的意义和科学价值。类金刚石结构Cu2ZnSnSe4基化合物作为一类潜力极大的p型热电材料、高性能光伏材料。推测原子到纳米、微米尺度的缺陷与位错、电-声子相互作用、拓扑相等因素对热电输运性能均有影响。.本项目展开对Cu2ZnSnSe4基化合物多层次结构、功能基元的探索研究。聚焦在掺杂体系中,精细电子结构的变化。利用高分辨共振X射线非弹性散射的实验技术,研究电荷转移的动力学差异。利用对配体敏感的高能量分辨X射线发射谱学,对Cu原子局域结构的配位环境进行了深入研究。远红外反射谱学的极化分析,实现电声子耦合探测,为此类多元热电材料提供了丰富的实验数据。利用核共振非弹性散射技术,开展了Mg3Sb2基热电材料的Sb投影声子态密度研究,为深入分析晶格热导机制提供线索。. 在三元BiAgSe2和四元BiAgSeTe体系,发现存在局域短程无序而长程有序的特征,这类结构可能是此类体系热电材料性能优异的关键因素之一。在角闪石中,电子和质子在晶格不同位点间的跳跃,会导致其电导率提升,发现温度上升,会导致八面体配位的二价铁与其配位原子间发生电荷转移,与FeO6振动引起的纵向光学支声子存在耦合。这种电子-声子的相互耦合现象也可以成为复杂多元热电材料性能调控中值得关注的一个视角。在内压力原子掺杂、和外部压力调控下,二元Mg3Sb2Bi2-x发生了两次结构相变,随着结构相变,伴随出多配体的Mg-Bi(Sb)的配体多面体基元,若这类基元在热电材料调控过程中能够精确控制,则可能是产生极高热电性能的有效途径。. 在方法学方面,项目组也围绕高能量分辨谱学方法,开展了包括X射线拉曼散射、核共振散射、共振非弹性X射线散射谱学方面的方法学探索与研究。相关研究成果也将在我国第四代高能同步辐射光源上得到推广应用。
介观分级结构热电材料结构与性能机理研究
失配层状Ca3Co4O9基热电材料的局域结构与输运性能研究
  • 批准号:
    11105172
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    徐伟
  • 依托单位:
国内基金
海外基金