β-Zn4Sb3(Bi2Te3)电子态密度的掺杂调控及热电性能优化的理论探索

β-Zn4Sb3(Bi2Te3)是应用前景广阔的标志性的中（室）温热电材料，但由于它们的热电性能仍不能满足工业化大规模应用，如何进一步提高其热电性能是一项急需攻克的难题。本项目拟从理论上探寻通过掺杂调控电子态密度以提升其热电性能的新途径；其基本思想是利用掺杂降低其热导率的同时，在费米能附近引入电子态密度共振峰增强Seebeck系数从而大幅提高其热电性能。通过理论模拟计算，系统研究各种元素掺杂对β-Zn4Sb3（Bi2Te3）体系电子结构的影响，从而找寻出所有可能引入共振峰的元素，探求并揭示共振峰的形成规律及其特征(峰位、峰高及峰宽等)与掺杂元素电子结构间的本质联系。在此基础上进一步理论计算研究这些潜在元素掺杂对β-Zn4Sb3(Bi2Te3)热电输运性质(电阻率、Seebeck系数、热导率等)的影响，为大幅提高β-Zn4Sb3(Bi2Te3)的热电性能提供理论预测与指导。

本项目主要研究了主族元素掺杂对β-Zn4Sb3电子结构的影响，研究发现不同的掺杂元素对主材料体系电子结构产生的影响各有不同，其中Mg元素的掺杂对β-Zn4Sb3态密度的影响基本可以忽略不计；探寻出若干可以在价带边附近产生共振峰的元素，比如Na、K、Ca、Ba、La、Ce、Pr、Ac、U、Np和Pu这些元素的掺杂在价带顶引入了不同强度的共振峰，这些共振峰有望大幅提高β-Zn4Sb3的Seebeck系数；并通过研究掺杂前后体系的分波电子态密度，揭示共振峰形成机制。完成了各种元素掺杂对beta-Zn4Sb3电子态密度影响全部研究工作，并取得了重要的发现；热电性能评估模型程序的编写，并将其应用在所探寻到的存在电子态密度共振的掺杂体系热电性质的评估上。