大形变Bi基拓扑绝缘体的微结构与热电性能

作为一类实现热能和电能相互转换的重要功能材料，热电材料方面的进展备受人们关注。由于决定材料热电性能的Seebeck系数、电导率和热导率之间的强关联性，很难对它们进行独立调控，导致转换效率不足10%，因而限制了热电材料的大规模工业应用。本项目拟利用近期在拓扑绝缘体中发现的新物理现象- - 位错线的无能隙态来改善热电材料的输运性质，以期进一步提高材料的ZT值，从而达到提高转换效率的目的。通过压缩变形的方式在拓扑绝缘体热电材料中引入高密度位错，确定位错密度和位错结构与变形参数的关系，获得实用拓扑绝缘体热电性能随位错密度的变化规律。对于满足和不满足RZV判据的两类拓扑绝缘体，阐明位错密度对热电性能影响的不同机制和非磁性掺杂对位错无能隙态稳定性的影响，验证理论预言的正确性和实用性，以期找到一种改善热电材料性能的新策略和新技术。

通过压缩变形的方法，成功在Bi1-xSbx热电材料中引入了位错。证实了位错的存在可以使材料的电阻率和热导率升高，ZT值的峰值向高温区移动。Bi2Te3材料在高温压缩变形后热电性能变化不大，但抗压缩强度和应变提高4-5倍。通过高压烧结方法制备的Bi2Te3纳米晶材料，晶界增多导致声子散射加剧，其热电性能优于Bi2Te3粗晶材料。通过高压合成的Gd掺杂CoSb3热电材料具有较低的电阻率和热导率，ZT值可以达到0.5。通过熔炼后烧结得到的Sm掺杂CoSb3热电材料具有极低的电阻率，ZT值的峰值为0.8。高压合成的Mg掺杂CoSb3热电材料在Mg掺杂量达到2%时，ZT值能升高到0.3左右。高压合成的Te掺杂CoSb3热电材料的ZT值随着Te掺杂量的增加而显著提高。当Te含量达到2%时，ZT值的峰值超过1。Ge掺杂Nd0.6Fe2Co2Sb12材料中会析出第二相粒子，这导致电阻率和热导率显著降低。当Ge含量达为1.8%时，ZT值的峰值为1.1。2012～2015年共发表SCI收录论文6篇，投稿在审SCI论文2篇；培养博士研究生6人，毕业3人。