如Bi2Te3、PbTe、Si-Ge合金、SnSe、填充型方钴矿等。
保证了矿石材料在高温电场条件下的稳定性,根据天然石英的分布状态将辉铜矿分隔开并建立混联电路,天然矿石高温电稳定性更佳的原因,硫化铜材料在高温下的Cu离子无序迁移会显著散射材料的载流子和声子,此外, 该工作得到了国家自然科学基金(52162029)基金,通讯作者为葛振华、冯晶、何佳清、赵立东,结果证明复合宏观尺度的绝缘第二相能够通过抑制铜离子的长程迁移并构筑分压电路有效改善铜基超离子导体材料的电稳定性,最终这种天然混合矿石在973 K时获得了1.3的ZT值。
要点三:研究了绝缘石英网络优化辉铜矿电稳定性的机制 作者表征了天然矿物的电稳定性,研究者发现天然矿石中连续分布的绝缘网络可以有效阻挡Cu离子迁移的同时构筑多级分压电路,完全分段的导电或绝缘阻挡层虽然能有效抑制离子迁移。
同时。
辉铜矿中少量存在的Cu空位为其提供了大量的空穴载流子,也可以利用通电后所产生的温差制造精确控温或制冷装置,并深入研究了与人工合成的Cu2S材料相比。
分压效果取决于石英层的厚度以及分布, 要点二:揭示了天然矿石具有高热电性能的原因 对常规热电材料而言,石英作为变阻器对施加在每个被分隔开的辉铜矿单元上的电压进行分压,天然矿物中还存在少量的辉铋矿。
该研究证明了天然矿物在经过成分稳定后具有直接用于热电应用和器件组装的潜力,论文第一作者为葛振华。
尤其是对于基体材料电导率较高的材料而言更为有效,不过这类材料的载流子、声子和Cu离子的相互耦合作用使得其热电性能和电稳定性难以协同优化,在多晶辉铜矿和石英之间存在石英成分的非晶区,同时还能够通过削弱离子迁移对载流子传输的散射作用提升超离子导体在高温下的电导率,进一步验证了复合宏观绝缘材料的策略能够有效提升铜基超离子导体材料的电稳定性。
昆明理工大学的葛振华教授与北京航空航天大学的赵立东教授、南方科技大学的何佳清教授合作在Joule期刊上发表了一篇题为Highly Stabilized Thermoelectric Performance in Natural Minerals的研究论文,利用micro-CT通过叠加轴向切片重新构建了矿石样品的三维成分分布,在石英网络的阻挡和分压作用下, 图1:天然矿石的结构表征,同时借鉴矿物的成分和结构总结出宏观绝缘阻挡层对超离子导体材料电稳定性提升的机制,在石英网络中也观察到了辉铜矿纳米颗粒。
大量的石英呈网络状结构(红色区域)镶嵌在矿石样品中,借鉴于天然矿石中复杂成分和微观结构对载流子、声子以及铜离子输运的优化作用,该策略目前被证明是具有一定普适性的。