无污染、低成本和高性能Cu_(1.8)S基类液态热电材料受到关注.但是,其过高的本征Cu空位和Cu离子迁移特性限制了其性能和电稳定性的进一步提升.本研究采用机械合金化结合放电等离子体烧结制备了一系列Cu_(1.8)S和Mn_(x)Cu_(1.8)S_(0.5)Se_...无污染、低成本和高性能Cu_(1.8)S基类液态热电材料受到关注.但是,其过高的本征Cu空位和Cu离子迁移特性限制了其性能和电稳定性的进一步提升.本研究采用机械合金化结合放电等离子体烧结制备了一系列Cu_(1.8)S和Mn_(x)Cu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)(0.01≤x≤0.06)块体热电材料.随着Se和Mn的引入,体系由低熵Cu_(1.8)S(0.4R^(*))转变为中熵MnxCu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)(1.2R^(*)).构型熵的增加不仅提高了体系的结构对称性,MnxCu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)室温下呈立方相结构,还增大了Mn的固溶度.高浓度Mn固溶有效填补了过高的本征Cu空位,降低了载流子浓度,优化了能带结构,提升了电输运性能.熵工程一方面增大了Cu离子迁移势垒,抑制Cu离子迁移.750 K下,即使电流密度达到24 A cm^(-2),Mn_(0.03)Cu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)的电阻也几乎没有变化,显示出优异的电稳定性;同时可降低声速,软化晶格,降低晶格热导率.Mn_(0.06)Cu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)的块体样品在773 K时获得最大ZT值0.79,相较于初始样品提高了两倍.结果表明熵工程结合Cu空位工程是提升Cu_(1.8)S基热电材料性能的有效策略.展开更多
基金supported by the National Key R&D Program of China(2018YFB0703603)the State Key Laboratory of New Ceramic and Fine Processing Tsinghua University(KF202111)。
文摘无污染、低成本和高性能Cu_(1.8)S基类液态热电材料受到关注.但是,其过高的本征Cu空位和Cu离子迁移特性限制了其性能和电稳定性的进一步提升.本研究采用机械合金化结合放电等离子体烧结制备了一系列Cu_(1.8)S和Mn_(x)Cu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)(0.01≤x≤0.06)块体热电材料.随着Se和Mn的引入,体系由低熵Cu_(1.8)S(0.4R^(*))转变为中熵MnxCu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)(1.2R^(*)).构型熵的增加不仅提高了体系的结构对称性,MnxCu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)室温下呈立方相结构,还增大了Mn的固溶度.高浓度Mn固溶有效填补了过高的本征Cu空位,降低了载流子浓度,优化了能带结构,提升了电输运性能.熵工程一方面增大了Cu离子迁移势垒,抑制Cu离子迁移.750 K下,即使电流密度达到24 A cm^(-2),Mn_(0.03)Cu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)的电阻也几乎没有变化,显示出优异的电稳定性;同时可降低声速,软化晶格,降低晶格热导率.Mn_(0.06)Cu_(1.8)S_(0.5)Se_(0.5)的块体样品在773 K时获得最大ZT值0.79,相较于初始样品提高了两倍.结果表明熵工程结合Cu空位工程是提升Cu_(1.8)S基热电材料性能的有效策略.
