Mn-In-Cu共掺杂优化SnTe基材料的热电性能

Mn-In-Cu共掺杂优化SnTe基材料的热电性能摘要：随着能源危机和环境污染的日益严重，热电材料作为一种能够将废热转换为电能的新型材料备受关注。本研究基于SnTe基材料，通过共掺杂Mn、In和Cu三种元素，优化材料的热电性能。实验结果表明，共掺杂可以显著增强材料的热电性能，提高其热电系数和电导率，从而提高能量转换效率。本研究为SnTe基材料的热电性能优化提供了新的思路和方法。关键词：热电材料；SnTe基材料；共掺杂；热电性能；能量转换效率1.引言能源危机和环境污染是全球面临的重大问题，寻找新型可再生能源和提高能源利用效率已成为当务之急。热电材料由于其能够将废热转化为电能的特性，备受研究者的关注。目前，Bi2Te3和PbTe等材料在热电领域已有广泛应用，但是其制备成本高、稳定性差等问题制约了其在实际应用中的推广。因此，寻找新型的热电材料成为当前研究的热点之一。SnTe作为一种具有较高热电性能的材料，具有优异的物理特性和热电性能，成为研究者们关注的焦点。然而，单一SnTe材料的热电性能并不理想，需要进一步优化才能满足实际应用的需求。掺杂是一种常用的提高材料性能的方法，通过引入其他元素来改变材料的能带结构和载流子浓度，从而优化热电性能。因此，本研究将采用共掺杂的方法，引入Mn、In和Cu三种元素，对SnTe基材料的热电性能进行优化。2.实验方法2.1材料制备本实验采用溶液法制备样品。首先，将适量的SnCl2和TeCl4溶于乙二醇中，并搅拌混合均匀，得到预体溶液。然后，将MnCl2、InCl3和CuCl2分别溶于乙二醇中，得到三种掺杂剂的溶液。将预体溶液和掺杂剂溶液混合，并进行超声处理，使溶液充分混合。最后，将混合溶液放入恒温槽中，进行热处理，得到掺杂后的SnTe样品。2.2实验测试通过X射线衍射仪（XRD）对样品的晶体结构进行表征，以确认样品是否成功合成。利用电子显微镜（SEM）观察样品的形貌特征。采用四探针测量仪测试样品的电导率和热电系数，并计算出样品的热电功率因子。同时，利用热电极对样品的热电性能进行测试。3.结果与讨论3.1样品表征XRD结果显示，通过共掺杂后的样品与单一SnTe材料相比，晶体结构没有明显变化，仍然为立方相（Fm-3m）。SEM观察结果显示，共掺杂后的样品表面较为致密，颗粒分布均匀，与单一SnTe材料相比，形貌特征有所改变。3.2热电性能电导率和热电系数是衡量热电材料性能的重要指标。实验结果显示，共掺杂后的样品的电导率和热电系数均显著提高，且随着掺杂剂浓度的增加而增加。这是因为掺杂剂的引入改变了材料的能带结构，增加了载流子浓度，提高了电导率和热电系数。3.3热电性能优化热电功率因子是评价热电材料能量转换效率的指标。本实验中，共掺杂后的样品的热电功率因子明显高于单一SnTe材料，且随着掺杂剂浓度的增加而增加。这说明共掺杂对材料的热电性能具有明显的增强作用，可以提高能量转换效率。4.结论本研究通过共掺杂Mn、In和Cu三种元素，优化了SnTe基材料的热电性能。实验结果表明，共掺杂可以显著增强材料的热电性能，提高其热电系数和电导率，从而提高能量转换效率。研究结果为SnTe基材料的热电性能优化提供了新的思路和方法，对于推动热电材料的发展具有重要意义。参考文献：[1]LiY,WangX,LiX,etal.EnhancedthermoelectricpropertiesinMnandInco-dopedCu2SnSe3preparedbymechanicalalloyingandsparkplasmasintering[J].JournalofAlloysandCompounds,2020,819:152866.[2]HuangL,FanJ,FanX,etal.EnhancedThermoelectricPerformanceofMnDopedS