掺杂铕的氯磷酸锶

Rietveld 分析的可靠性因子Rwp 在3% -5% 之间， 而且GOF 因子也在2 左右，这说明Rietveld 精修的 结果是可靠的.Rietveld 分析的可靠性因子Rwp 在3% -5% 之间， 而且GOF 因子也在2 左右，这说明Rietveld 精修的 结果是可靠的.2.2 电学性能 样品的Seebeck 系数(&alpha ) 测量结果如图2 ，从 图中可以看出，所有样品的Seebeck 系数均为负值， 具有电子导电的特征，这说明样品为n 型半导体. Hf 掺杂后，其绝对值有明显增加，特别是在300 -Hf 掺杂BiSbTe3 结构与热电性能研究 刘福生，敖伟琴，罗锐敏，冯学文，张文华，李均钦 (深圳大学材料学院，深圳市特种功能材料重点实验室，深圳518060) 摘要:以高纯町、Bi 、Sb 和Te 为原料，在1000ce 下，经10 h 氧气保护熔融状态下反应，冷却球磨 制粉，再在氮气保护下进行热压(450ce ， 20 MPa) ，成功制备出一系列不同Hf 掺杂量的Hf2x ( Bi ,Sb) 2 -2xTe3 化合物.X 射线粉末衍射Rietveld 分析说明， Hf 在结构中占据6c 品位，以替代(Bi ， Sb) 的形式进入品格. Hf 掺杂引起BiSbTe3 的Seebeck 系数增大，电导率降低.功率因子在375 K 时达最大值526&mu W/mK2 &bull 关键词:热电性能 给 Bi2Te3 Seebeck 系数 功率因子 中图分类号: TB 39 文献标识码:A Bi2Te 3 及其固溶体合金是研究最早，也是目前发展最为成熟的热电材料之一. 目前使用的大多数热电制冷元件均采用这类材料.研究表明Bi 2 Te 3 能分别与Bi2 Se 3 和Sb2 Te3 在整个组分范围内形成连 续固溶体，通过这种方式能使材料的热电优值得到明显提高[1J 另一种提高Bi2 Te 3 基热电性能的方式是对Bi 位原子进行掺杂，以提高声子散射，降低热导率.已有学者分别对Sn[2 J 、Pb[3 J 、Ga[4 J 和CU[5 J 等掺杂的Bi2 Te3 基化合物的性能与微结构进行研究，其热电性能有不同程度的提高. Hf 是稀土元素后的第一个元素，也是一种非常重要的热电元素，其原子量大，且其原子、离子及共价半径比稀土元素小，有利于掺杂提高声子散射，对Hf 掺杂 的Bil凶b3 结构与性能进行研究有重要意义. 1 实验方法 采用纯度为99.99 £ 3毛给( Hf) 、锦(Sb) 、铭( Bi) 及纯度为99.999 £ 3毛的暗(Te) 为原料，按Hi&mu Bi ,Sb ) 2 -2xTe3 (x =0 -- o. 05 )化学计算比进行称量，每个试样重6 g. 将配备好的试样装入石英 管并抽真空(真空度低于6 X 10 -3 Pa) 后，充入高纯氧气(约0.2 MPa) 封管，然后置入装有Si02 粉末的增塌中，得石英管竖立，置于箱式高温炉中，在1000ce下，经10 h 氧气保护熔融状态下反应，再经96 h 缓慢冷却至室温.理后的样品再经过球磨，热压烧结(450ce ， 20 MPa). 样品结构分析采用Br此er - Axs D8 Advance 18kW 转靶X 线粉末衍射仪(CuK&alpha ) 进行.样品的Seebeck 系数与电导率的测量在ZEM -2 型热电性能测试仪上进行. 2 结果与讨论 2.1 X 射线粉未衍射分析 热压后样品的X 射线粉末衍射(XRD) 图谱 如图1 所示.从图中可以看出，不同掺杂量的样品 具有相同的衍射峰分布，为Bi2 Te3 型(空间群:R-3m) 结构的单相样品，未发现与Hf 有关的杂相 衍射峰，说明Hf 成功地掺入了BiSbTe 3 的结构中. 对样品的衍射图谱Rietveld 精修结果如表1 所示. Bi2 Te 3 基化合物晶体结构沿C 轴方向看，可视 为六方层状结构，同一层上具有相同的原子，按六方排列，各层按:&hellip Tel - Bi - Te2 - Bi - Tel · · · Tel - Bi - Te2 - Bi - Tel ...顺序排列，二个邻近的Tel原子层间以范德华力结合，层间距约为0.25 nm ,上下二层各3 个Tel 原子形成空的八面体空隙，可 为填充掺杂提供条件.其他层之间以共价键结合[6 J &bull Bi原子填充在由Tel 和Te2 二层原子组成的 八面体空隙中.根据该结构特征，掺杂原子在结构中的占位有两种方式:一是占据Tel 原子组成的八 面体空隙(3b 晶位) ，二是替代Bi 原子的位置(6c 晶位) .一般倾向于认为两种位置均可占有. 根据精修的晶体结构结果，若Hf 填充在3b 晶位，其与Tel 原子的间距约为0.284 nm , Hf 与Te 的原 子半径分别为0.216 nm 与0.146 nm ，且该位置的结合力为范德华力， Hf 在该位置的填充必将使晶体 结构发生明显畸变，随着Hf 掺杂量的增加， Hf2x( Bi ,Sb) 2 -2x Te3 的晶胞参数将会产生明显且急剧的 增加.但Rietveld 精修结果表明，晶胞参数随Hf 掺杂量的增加仅产生微小变化.由于Hf 与Bi、饨的 共价半径差别较小，本文认为Hf 在结构中主要替代(Bi ， Sb) ，对晶胞参数的影响较小. 2.2 电学性能 样品的Seebeck 系数(&alpha ) 测量结果如图2 ，从图中可以看出，所有样品的Seebeck 系数均为负值， 具有电子导电的特征，这说明样品为n 型半导体.Hf 掺杂后，其绝对值有明显增加，特别是在300 -Rietveld 分析的可靠性因子Rwp 在3% -5% 之间，而且GOF 因子也在2 左右，这说明Rietveld 精修的结果是可靠的. 500 K 间， Seebeck 系数随温度的升高先升后降，这种变化关系与Bi2 Te3 基合金的常规变化规律一致: 在o -lOOce 范围内，随温度升高，载流子的浓度增加，但是载流子间的散射作用显著增强，并起主导 作用， &alpha 出现增大趋势 在温度大于100ce 后，进入本征激发范围，载流子浓度迅速增加，引起Seebeck 系数急剧降低.对于(Bi , Sb ) 2 Te 3 单晶，由于Te 的少量挥发，引起结构中Bi 或者Sb 占据Te 的 空位[6] ，产生空穴，因此( Bi ,Sb ) 2 Te3 单晶表现为P型半导体.对于热压合成的( Bi , Sb ) 2 Te3 多晶体， 由于在熔融制备及球磨及热压过程中的表面氧化，氧的溶入会在结构中产生施主能级[叫 而且在球 磨的形变作用下，将会产生更多的Te 空穴， Te 空穴也起施主的作用[8] ，因此热压制备的(Bi , Sb) 2 Te 3 多晶体比( Bi ,Sb ) 2 Te3 单晶有高浓度的施主，从而呈现n 型半导体的特征. Hf 是一种变价元素，可以为+2 、+3 及+4 价，在( Bi , Sb ) 2Te 3 中Hf 可能以低价形式存在，产生空穴，降低了电子浓度.可能由于氧及Te 空位浓度差异的共同影响，不同的掺杂量间不呈现规律性.电导率(&sigma ) 的测量结果如图3 所示，电导率的 变化规律与Seebeck 系数正好相反， Hf 掺杂降低了样品的电导率，电导率随着温度的升高而增加.这 也体现了电导率与Seebeck 系数之间的本质联系. 2.3功率因子 功率因子用&alpha 2&sigma ( 功率因子)衡量热电性能，其计算结果如图4. 结果表明， Hf2x ( Bi , Sb ) 2 -2x Te3 的功率因子在375 K 时有一个最大值，当x = 0.02 时，为526&mu W/mK2 ，是未掺杂BiSbTe3 功率因子(为316 &mu W/mK 2 ) 的1.66 倍.该数值略低于赵新兵等[9J 采用溶剂热方法制备的纳米Bi 2 Te 3 的功率因子(为620&mu W/mK 2 ， 393 K).采用气氛熔炼加热压的方法，成功制备出纯相Hf认Bi ， Sb) 2 -2x Te3 热电材料. Hf 在结构中占据6c晶位，即以替代(Bi ， Sb) 的形式进入晶格.由于表面氧化及球磨效应的共同作用，Hf 掺杂的BiSbTe3为n 型半导体， Hf 掺杂引起BiSbTe3 的Seebeck系数增大，电导率略有降低.功率因子在375K 时有一个最大值为526&mu W/mK2 &bull

【研究背景】在材料科学领域，氮掺杂的非晶碳（NAMC）是一种新型材料，其性能高低直接关系到碳基材料的电化学性能和催化活性。尽管传统的氮掺杂石墨烯因其优异的导电性和稳定性被广泛应用于能源存储和转换部件，然而，这类材料容易出现结构不稳定和氮原子分布不均等问题，从而严重制约了其实际应用。北京航空航天大学郭林、刘利民、Zhou Wu、国家纳米科学中心裘晓辉及清华大学谷林课题组携手合成了一种新的氮掺杂非晶碳材料，采用了受限聚合的方法，显著改善了材料的电导率和催化性能。研究人员通过在低温下进行聚合反应，并对合成过程进行了系统研究。数据显示，该NAMC在电化学测试中显示出显著提高的电导率。此外，在高温条件下，该NAMC表现出稳定的电化学性能，表明其具有优异的耐热性和化学稳定性。上述研究工作在Nature期刊上发表了题为“Nitrogen-doped amorphous monolayer carbon”的最新论文。NAMC的结构表征【表征解读】本文通过拉曼光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱等多种表征手段，成功揭示了氮掺杂非晶碳（NAMC）的结构特性和化学状态。这些表征结果表明，NAMC在微观结构上展现出良好的图案化和氮的均匀分布，进一步阐明了氮原子与碳基材料性质之间的关系。针对氮掺杂现象，通过透射电子显微镜（TEM）和电子能量损失谱（EELS），深入探讨了其微观机理。这些分析显示，氮原子在碳基结构中起到了增强导电性和稳定性的作用，这一发现为优化碳纳米材料的性能提供了理论依据。结合原子分辨率成像和能谱分析，研究者得到了对氮的局部环境及其对材料性质影响的更深入理解。在此基础上，结合不同的表征手段如扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM），系统研究了NAMC及其相关二维单层材料的形貌和结构特性。这些结果显示，NAMC和其他二维材料如PTH和PCZ在合成和性能上具有可调性，进一步拓宽了氮掺杂碳材料的应用前景。总之，经过多种表征手段的深入分析，本文揭示了NAMC及其衍生材料的优异特性，并探索了氮掺杂在调节碳基材料性质中的关键作用。这些研究不仅推动了新型氮掺杂材料的制备，还为未来材料科学的进一步发展提供了新的思路和技术基础。。文献信息：Bai, X., Hu, P., Li, A. et al. Nitrogen-doped amorphous monolayer carbon. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07958-0

【研究背景】在材料科学领域，氮掺杂的非晶碳（NAMC）是一种新型材料，其性能高低直接关系到碳基材料的电化学性能和催化活性。尽管传统的氮掺杂石墨烯因其优异的导电性和稳定性被广泛应用于能源存储和转换部件，然而，这类材料容易出现结构不稳定和氮原子分布不均等问题，从而严重制约了其实际应用。北京航空航天大学郭林、刘利民、Zhou Wu、国家纳米科学中心裘晓辉及清华大学谷林课题组携手合成了一种新的氮掺杂非晶碳材料，采用了受限聚合的方法，显著改善了材料的电导率和催化性能。研究人员通过在低温下进行聚合反应，并对合成过程进行了系统研究。数据显示，该NAMC在电化学测试中显示出显著提高的电导率。此外，在高温条件下，该NAMC表现出稳定的电化学性能，表明其具有优异的耐热性和化学稳定性。上述研究工作在Nature期刊上发表了题为“Nitrogen-doped amorphous monolayer carbon”的最新论文。NAMC的结构表征【表征解读】本文通过拉曼光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱等多种表征手段，成功揭示了氮掺杂非晶碳（NAMC）的结构特性和化学状态。这些表征结果表明，NAMC在微观结构上展现出良好的图案化和氮的均匀分布，进一步阐明了氮原子与碳基材料性质之间的关系。针对氮掺杂现象，通过透射电子显微镜（TEM）和电子能量损失谱（EELS），深入探讨了其微观机理。这些分析显示，氮原子在碳基结构中起到了增强导电性和稳定性的作用，这一发现为优化碳纳米材料的性能提供了理论依据。结合原子分辨率成像和能谱分析，研究者得到了对氮的局部环境及其对材料性质影响的更深入理解。在此基础上，结合不同的表征手段如扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM），系统研究了NAMC及其相关二维单层材料的形貌和结构特性。这些结果显示，NAMC和其他二维材料如PTH和PCZ在合成和性能上具有可调性，进一步拓宽了氮掺杂碳材料的应用前景。总之，经过多种表征手段的深入分析，本文揭示了NAMC及其衍生材料的优异特性，并探索了氮掺杂在调节碳基材料性质中的关键作用。这些研究不仅推动了新型氮掺杂材料的制备，还为未来材料科学的进一步发展提供了新的思路和技术基础。。文献信息：Bai, X., Hu, P., Li, A. et al. Nitrogen-doped amorphous monolayer carbon. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07958-0