Bi-,2-Te-,3-系、Ca-,3-Co-,2-O-,6-系熱電材料的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算與熱電陶瓷制備.pdf

1、該文重點(diǎn)利用一種線性展開平面波(Linearized Augmented Planewave)方法和量子化學(xué)離散變分密度泛函(DFT-DVM)方法計(jì)算了二類重要熱電材料:Bi<,2>Te<,3>基熱電合金和Ca<,3>Co<,2>O<,6>基熱電氧化物.Bi<,2>Te<,3>基熱電材料是目前最好的室溫范圍熱電材料.該文對Bi<,2>Te<,3>和摻Sn的Bi<,2>Te<,3>的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了LAPW和量子化學(xué)方法計(jì)算.結(jié)果表明,Bi

2、<,2>Te<,3>和SnBi<,2>Te<,4>都是窄帶半導(dǎo)體,自旋—軌道耦合效應(yīng)對費(fèi)米能級(jí)附近的能帶影響很大,從能帶結(jié)構(gòu)上看,它億的能帶有二重簡并的和六重簡并的.對于Bi<,2>Te<,3>的導(dǎo)帶Bi 6p態(tài)貢獻(xiàn)大些;而對于價(jià)帶,Te(Ⅰ) 5p態(tài)貢獻(xiàn)大些.對SnBi<,2>Te<,4>的能帶結(jié)構(gòu),摻入的Sn主要影響的是導(dǎo)帶.Bi<,2>Te<,3>和SnBi<,2>Te<,4>二者相比,由于Sn原子的摻入從而使得帶隙變小,有效質(zhì)量

3、變小;摻入Sn原子只與Te(Ⅱ)而小于Bi-Te(Ⅰ).計(jì)算結(jié)果較好地解釋了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.Ca<,3>Co<,2>O<,6>基氧化物是一個(gè)層狀化合物.符合"電子晶體,聲子玻璃"這個(gè)理論思想,是一個(gè)有研究價(jià)值的熱電材料.該文對Ca<,3>Co<,2>O<,6>和摻Ni的Ca<,3>Co<,2>O<,6>的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了LAPW和量子化學(xué)方法計(jì)算.結(jié)果表明,Ca<,3>Co<,2>O<,6>和Ca<,3>CoNiO<,6>都是窄帶半導(dǎo)體,自旋—

4、軌道耦合效應(yīng)在確定帶隙時(shí)起了主要作用.它們的能帶結(jié)構(gòu)是多重簡并的,其輸運(yùn)特性也是各向異性的.Ni的摻入改變了能帶結(jié)構(gòu),金屬性變強(qiáng);摻入Ni后,Ni-O共價(jià)鍵明顯地比Ca<,18>Co<,12>O<,36>中的對應(yīng)的Co-O共價(jià)鍵弱.基于理論計(jì)算的結(jié)果,我們用Sol-Gel方法合成了Ca<,3>Co<,2>O<,6>和摻Ni的化合物并用SPS燒結(jié)方法制備成樣品.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Ca<,3>Co<,2>O<,6>的熱電性能的理論計(jì)算規(guī)律和實(shí)驗(yàn)