清华大学材料学院李敬锋

yujiaxue

Enhanced thermoelectric performance of Cu12Sb4S13−δ tetrahedrite via nickel doping

孙富华, 董金峰, Shaugath Dey, Asfandiyar, 吴超峰, 潘瑜, 唐怀超, 李敬锋*

Ni掺杂提高Cu12Sb4S13−δ黝铜矿热电性能

摘要: Cu12Sb4S13是一种储量丰富、环境友好的天然矿物, 被热电领域普遍关注. 本研究旨在揭示Ni掺杂提高黝铜矿材料热电性能的机理. 采用机械合金化(MA)结合放电等离子体烧结(SPS)的方法制备出Cu12−xNixSb4S13−δ(x = 0.5, 0.7, 1.0, 1.5, 2.0)样品. 实验结果表明, 在测量温度范围内(323–723 K), 随着Ni含量的增加, 样品的热导率急剧下降(< 0.9 W m−1 K−1), 同时热电功率因子逐渐增加. 理论模型计算表明, 晶格热导率的降低主要来源于Ni掺杂引起的析出相及位错对中频声子的强散射作用. 由于较低的热导率和较高的功率因子, Cu11NiSb4S13−δ样品在723 K时获得最高ZT值0.95, 相对于未掺杂样品, 其热电性能提高了46%. 同时, 热循环测试表明, 通过Ni掺杂提高了黝铜矿热电材料的化学稳定性.