新型层状Bi-Co-O基氧化物材料的制备与热电性能研究

本项目选取新型层状结构Bi-M-Co-O （M=Ca，Sr，Ba）氧化物材料为研究对象，系统研究Bi位掺杂(如：La,Ce,Sm)和Co位掺杂(如：Cu,Mn)对材料热电性能的影响；通过控制掺杂浓度及掺杂元素种类等方法调控载流子浓度、迁移率和载流子类型，研究它们对材料热电性能的影响；通过控制烧结温度改变材料的晶粒尺寸，研究材料热电性能的晶粒尺寸效应；研究无序（包括磁无序和非磁无序）对材料热电性能的影响。建立材料热电性能与载流子浓度、迁移率、载流子类型、晶粒尺寸、无序、Co离子自旋态构型等因素之间的关联，为新型热电材料的探索和可能应用积累数据和提供实验基础。

热电材料在发电和制冷方面与其它材料相比，具有体积小、结构简单、无噪音和安全可靠等优点，使得其在热电发电和致冷领域具有广阔的应用前景。本项目选择Bi系Co基层状氧化物为研究对象，系统研究了载流子浓度、晶粒尺寸、无序、Co离子自旋态构型等对该体系热电性质的影响。我们发现该体系热电性质基本适用于窄带模型，特别是Co离子的自旋态构型及Co4+离子浓度对材料的热电势及电阻率有较大的影响。此外，蓄电层Bi2Sr2O4的无序也会影响导电层CoO2的电荷输运。实验结果表明该体系中的电子关联效应并不起主导作用。相关的研究结果大多已以论文的形式发表。到目前为止，已在Appl. Phys. Lett.、J. Appl. Phys.、Dalton Trans.等SCI期刊上发表或接受发表论文6篇，另有1篇论文正在审稿。本项目的成功执行不仅对于理解Co基层状氧化物的热电性能及输运机制具有重要意义，而且为该体系成为未来潜在的热电材料提供了实验和理论基础。