《Mg掺杂n型Sn基VIII型单晶笼合物的结构及电传输特性》.pdf

物理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．17(2014) 177401 Mg掺杂n型Sn基VIII型单晶笼合物的结构及 电传输特性术 孟代仪 ) 申兰先 ) 李德聪2) 晒旭霞 ) 邓书康1)十 1)(可再生能源材料先进技术与制备教育部重点实验室，太阳能研究所，云南师范大学，昆明 650500) 2)(云南开放大学光电工程学院，昆明 650500) (2014年4月 15日收到；2014年4月30日收到修改稿) 本文采用Sn自熔剂法，制备Mg掺杂Sn基单晶笼合物BasGa16一xMgxSn3o(0≤X ≤1．5)，并对其结 构及电传输性能进行研究．结果表明所制备化合物为具有空间群IYi3m的VIII型单晶笼合物，随Mg掺杂量 的增加，对应化合物的熔点略有升高，晶格常数减小，掺杂样品中填充原子Ba的实际含量低于理想值8．0，其 在十二面体空洞中的占有率约为0．93(Mg的名义含量X =1．5时)．所有样品均表现为n型传导，Mg的掺入 对材料的能带结构有一定影响，Mg掺杂后，样品的载流子浓度降低，Seebeck系数的绝对值、电阻率增加，Mg 的名义含量 =1．5时，样品的功率因子在430K附近取得最大值1．26×10_。W m·_。K·一． 关键词：VIII型笼合物，12型传导，单晶 PACS：74．25．蟾，74．25．F一，74．62．Bf DOI：10．7498／aps．63．177401 璃．按照这一思想，Slack提出并设计了一种化合物 半导体——一个原子或分子以弱束缚状态存在于 1 引 言 由原子构成的笼状超大型孔隙中，这种原子或分子 近年来，笼状化合物作为极有希望的热 电材料 在孔隙中做局域化程度很大的非简谐振动，且这种 受到广泛关注 【卜引．热电材料的热电性能用无量纲 振动相对晶体中的其他原子来讲是完全独立的，因 性能指数ZT来衡量，即ZT=OlT／pa，其中 为 此被称为振颤子．在绝缘晶体中，局域化的振颤子 材料的Seebeck系数，P为材料的电阻率， 为材料 能使热导率降低至同成分的玻璃热导率的水平．在 的热导率 (包括电子热导率 c和晶格热导率 L)； 热电半导体晶体中，这种振颤子同样也有降低材料 Ol，P， 均与对应材料的能带结构、费米能级、化学 的热导率的作用．显然，在某一特定温度区间内材 组分及原子排列紧密相关．相同的温差下，ZT值 料热导率降低的程度受到振颤子的浓度、质量百分 越大，材料及相应器件 的热 电转换效率越高，因此 比及其振颤频率等参数的直接影响，调节这些参数 人们希望制备的热电材料同时具有较高的Seebeck 即可改变材料的热导率，但是材料的热导率有一最 系数和较低的电阻率、热导率． 低 的极限值 [7】．由于这种振颤子仅降低热导率 中声 自1995年Slack6【]提出电子晶体一声子玻璃概 子热导部分，而对材料的电子输运状况影响较小， 念以来，IV族元素Si，Ge，Sn基笼合物因具有 良好 所以这类材料有很高的ZT值． 的热电性能而备受关注．所谓电子晶体一声子玻璃 VIII型笼合物 (简单立方 结构，空间群为 是指材料同时具有晶体和玻璃的特性．即，有较低 I43m)就 属 上 述 有 很 高ZT值 的热 电材 料 之 的电阻率，表现为典型的晶体；热导率很小，如同玻 一 ． 目前 研 究 的VIII型笼 合 物 只有 四种： 国家自然科学基金研究项目(批准号：512620