周星圆, 柳伟, 张程, 华富强, 张敏, 苏贤礼, 唐新峰

Nb掺杂Mo1–xWSeTe固溶体的热–电输运性能优化

周星圆, 柳伟, 张程, 华富强, 张敏, 苏贤礼, 唐新峰

(武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 430070)

固溶结合掺杂是优化材料热电性能的有效途径。本研究采用固相反应结合等离子体活化烧结成功合成了一系列单相的Mo1–xWSeTe(0≤≤0.5)固溶体及其Nb掺杂产物。热电输运研究表明, W固溶结合Nb掺杂显著提高了Nb2yMo0.5–yW0.5–ySeTe固溶体的载流子浓度、载流子迁移率、电导率和功率因子, 适当降低了样品的晶格热导率, 进而显著提高了材料的热电优值。随着Nb掺杂量的增加, 掺杂引入的离散能级转变为连续的杂质能带, 同步提升了载流子浓度和载流子迁移率。取向性研究发现, 由于在平行方向晶格热导率较低, Nb2yMo0.5–yW0.5–ySeTe固溶体在平行烧结压力方向的略优。最优组分Nb0.03Mo0.485W0.485SeTe在垂直于烧结压力和平行于烧结压力方向获得了最高, 分别达到0.31和0.36(@823 K), 是目前MoSe2基热电材料获得的最好结果之一。后续通过优化掺杂元素来改善Seebeck系数和功率因子, 将有望进一步提升MoSe2基化合物的。

Mo1–xWSeTe固溶体; Nb掺杂; 晶格热导率; 热电优值

近几十年来, 化石能源的大量使用带来了严重的能源危机和环境污染问题, 因此, 开发环境友好的新能源材料和新能源技术吸引了科学家的广泛关注[1]。热电材料能够实现热能和电能的直接可逆转换, 在汽车废热回收、工业余热发电、半导体精确温控、制冷、5G/6G通讯和深空/深海特种电源等领域有重要和广泛的应用前景[2-4]。……