有机/无机超晶格复合碲化铋基热电材料的性能及其提升机理研究

Thermoelectric materials due to its ability to direct conversion between thermal and electric difference, has been received increasing attention. The use of super-lattice composite becomes an effective method to improve the thermoelectric properties. The super-lattice structure because of its multi-scale local effect on phonon can greatly reduce the thermal conductivity. Moreover, the study of super-lattice structure on how to realize energy filter effect so as to realize the decoupling of the Seebeck coefficient and electrical conductivity of the regulation has become an important research direction. This project will focus on the organic / inorganic composite super-lattice bismuth telluride based thermoelectric materials in which multi-scale local scattering and the energy filter effect may exist at the same time. We will deal with the theoretical model, experimental study on super-lattice structure, investigate the influence mechanism of super-lattice structure to the thermal parameters, show a more clear physical image of super-lattice composite structure control of thermoelectric properties, provide reference for the research and development of high performance thermoelectric materials.

热电材料由于其能将温差和电势差相互转换的能力，日益受到关注。使用超晶格结构复合成为提高热电材料的热电优值的有效手段。超晶格结构因其具有对声子多尺度局域的效果能够大幅度降低材料的热导率，在此基础上，超晶格结构如何实现能量过滤效应进而实现Seebeck系数和电导率的解耦合调控已成为重要研究方向。本项目拟围绕可能同时存在多尺度局域散射、能量过滤效应的有机/无机超晶格复合碲化铋基热电材料，结合理论模型的建立，重点实验研究超晶格结构的界面、层内、层间对复合材料的热电参数的影响机理，给出更明晰的超晶格复合结构调控热电性能的物理图像，为高性能热电材料的研发提供参考。

热电材料由于其能将温差和电势差相互转换的能力，日益受到关注。使用超晶格结构复合成为提高热电性能的有效手段。本项目将以特定低维结构与BiTe基热电材料的复合为主要研究对象，研究了低维超晶格结构对热电材料的物性和性能特征的影响。主要内容包括以下三个部分：(1)理论计算方面，我们主要分别选取了Mg3Sb2和MoO3作为研究对象，研究了结构低维化对热电性能的影响，结构低维化可以有效降低晶格热导率从而提高热电性能，为后续的实验进行提供了理论指导；(2)材料制备方面，我们分别研究了Au纳米颗粒、Sn纳米颗粒、Cu0.6Ni0.4纳米颗粒与BiTe基热电材料复合，BiTe与SbTe基热电性能得到了不同程度的提升；(3)器件应用方面，我们将热电材料应用于热电发电机中，提出了一种简单的丝网印刷技术，这项技术可以用来制造的纸基热电设备，由于粉末材料优异的热电性能，该热电器件具有优异的输出功率。我们的结果揭示了更清晰的电学因子提高和复合结构能量过滤效应的物理图像，为研发高性能、可实际应用的复合热电材料提供指导，制备出高性能的P型和N型块体热电材料。