Mn-In-Cu共摻雜優(yōu)化SnTe基材料的熱電性能

Mn-In-Cu共摻雜優(yōu)化SnTe基材料的熱電性能摘要：隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，熱電材料作為一種能夠?qū)U熱轉(zhuǎn)換為電能的新型材料備受關(guān)注。本研究基于SnTe基材料，通過共摻雜Mn、In和Cu三種元素，優(yōu)化材料的熱電性能。實驗結(jié)果表明，共摻雜可以顯著增強(qiáng)材料的熱電性能，提高其熱電系數(shù)和電導(dǎo)率，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率。本研究為SnTe基材料的熱電性能優(yōu)化提供了新的思路和方法。關(guān)鍵詞：熱電材料；SnTe基材料；共摻雜；熱電性能；能量轉(zhuǎn)換效率1.引言能源危機(jī)和環(huán)境污染是全球面臨的重大問題，尋找新型可再生能源和提高能源利用效率已成為當(dāng)務(wù)之急。熱電材料由于其能夠?qū)U熱轉(zhuǎn)化為電能的特性，備受研究者的關(guān)注。目前，Bi2Te3和PbTe等材料在熱電領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，但是其制備成本高、穩(wěn)定性差等問題制約了其在實際應(yīng)用中的推廣。因此，尋找新型的熱電材料成為當(dāng)前研究的熱點之一。SnTe作為一種具有較高熱電性能的材料，具有優(yōu)異的物理特性和熱電性能，成為研究者們關(guān)注的焦點。然而，單一SnTe材料的熱電性能并不理想，需要進(jìn)一步優(yōu)化才能滿足實際應(yīng)用的需求。摻雜是一種常用的提高材料性能的方法，通過引入其他元素來改變材料的能帶結(jié)構(gòu)和載流子濃度，從而優(yōu)化熱電性能。因此，本研究將采用共摻雜的方法，引入Mn、In和Cu三種元素，對SnTe基材料的熱電性能進(jìn)行優(yōu)化。2.實驗方法2.1材料制備本實驗采用溶液法制備樣品。首先，將適量的SnCl2和TeCl4溶于乙二醇中，并攪拌混合均勻，得到預(yù)體溶液。然后，將MnCl2、InCl3和CuCl2分別溶于乙二醇中，得到三種摻雜劑的溶液。將預(yù)體溶液和摻雜劑溶液混合，并進(jìn)行超聲處理，使溶液充分混合。最后，將混合溶液放入恒溫槽中，進(jìn)行熱處理，得到摻雜后的SnTe樣品。2.2實驗測試通過X射線衍射儀（XRD）對樣品的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，以確認(rèn)樣品是否成功合成。利用電子顯微鏡（SEM）觀察樣品的形貌特征。采用四探針測量儀測試樣品的電導(dǎo)率和熱電系數(shù)，并計算出樣品的熱電功率因子。同時，利用熱電極對樣品的熱電性能進(jìn)行測試。3.結(jié)果與討論3.1樣品表征XRD結(jié)果顯示，通過共摻雜后的樣品與單一SnTe材料相比，晶體結(jié)構(gòu)沒有明顯變化，仍然為立方相（Fm-3m）。SEM觀察結(jié)果顯示，共摻雜后的樣品表面較為致密，顆粒分布均勻，與單一SnTe材料相比，形貌特征有所改變。3.2熱電性能電導(dǎo)率和熱電系數(shù)是衡量熱電材料性能的重要指標(biāo)。實驗結(jié)果顯示，共摻雜后的樣品的電導(dǎo)率和熱電系數(shù)均顯著提高，且隨著摻雜劑濃度的增加而增加。這是因為摻雜劑的引入改變了材料的能帶結(jié)構(gòu)，增加了載流子濃度，提高了電導(dǎo)率和熱電系數(shù)。3.3熱電性能優(yōu)化熱電功率因子是評價熱電材料能量轉(zhuǎn)換效率的指標(biāo)。本實驗中，共摻雜后的樣品的熱電功率因子明顯高于單一SnTe材料，且隨著摻雜劑濃度的增加而增加。這說明共摻雜對材料的熱電性能具有明顯的增強(qiáng)作用，可以提高能量轉(zhuǎn)換效率。4.結(jié)論本研究通過共摻雜Mn、In和Cu三種元素，優(yōu)化了SnTe基材料的熱電性能。實驗結(jié)果表明，共摻雜可以顯著增強(qiáng)材料的熱電性能，提高其熱電系數(shù)和電導(dǎo)率，從而提高能量轉(zhuǎn)換效率。研究結(jié)果為SnTe基材料的熱電性能優(yōu)化提供了新的思路和方法，對于推動熱電材料的發(fā)展具有重要意義。參考文獻(xiàn)：[1]LiY,WangX,LiX,etal.EnhancedthermoelectricpropertiesinMnandInco-dopedCu2SnSe3preparedbymechanicalalloyingandsparkplasmasintering[J].JournalofAlloysandCompounds,2020,819:152866.[2]HuangL,FanJ,FanX,etal.EnhancedThermoelectricPerformanceofMnDopedS