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Yb／Sr双原子复合填充的I-型YbxSr8-xGa16Ge30笼合物的合成及热电性能

ISSN号：1000-3290
期刊名称：《物理学报》
时间：0
分类：O431[机械工程—光学工程;理学—光学;理学—物理] TQ330.381[化学工程—橡胶工业]
作者机构：[1]武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,武汉430070
相关基金：国家自然科学基金重点项目（批准号：50731006）和武汉市科技攻关项目（批准号：200710421118）资助的课题.

关键词： I-型笼合物, 双原子填充, 热电性能, type-I clathrate, double-atom filling, thermoelectric properties

中文摘要：

用熔融法结合放电等离子烧结（SPS）合成了Yb／Sr双原子复合填充的n型YbxSr8-xGa16Ge30（x=0，0．5，1．0，1．5）笼合物，研究了双原子复合填充及Yb填充量x对YbxSr8-xGa16Ge30笼合物热电传输特性的影响规律．结果表明，Yb在YbxSr8-xGa16Ge30化合物中的固溶极限介于1．0-1．5之间．随着Yh填充量x的增加，化合物的室温载流子浓度增加而迁移率降低．在300-800K温度范围内，随着x的增加，双原子填充试样的电导率逐渐增大，Seebeck系数逐渐减小，其中x=0．5的试样与单原子填充的Sr8Ga16Ge30试样相比，电导率变化不大，Seebeck系数显著增加．Yb／Sr双原子复合填充比Sr单原子填充更有利于晶格热导率的降低，且晶格热导率随着Yb填充量x的增加逐渐降低．在所有n型YbxSr8-xGa16Ge30化合物中，YbxSr7.0Ga16Ge30化合物的ZT值最大，在800K时其最大ZT值达0．81，与单原子填充的Sr8Ga16Ge30化合物相比ZT值提高了35％．

英文摘要：

n-type Yb/Sr double-atom-filled YbxSr8-xGa16Ge30 （ x = 0, 0.5, 1.0, 1.5） clathrates have been synthesized by combining melting reaction with the spark plasma sintering （SPS） method. The effects of double-atom filling on thermoelectric properties have been investigated. The results show that the solubility limit of Yb in the Sr-Ga-Ge system is between 1.0 and 1.5 when it is expressed by the formula of YbxSr8-xGa16Ge30. With increasing Yb content x, the room-temperature carrier concentration of the YbxSr8-xGa16Ge30 samples increases, while the room-temperature carrier mobility decreases. For the double-atom-filled samples, the electrical conductivity raises with increasing x, while the Seebeck coefficient reduces, and in which the x = 0.5 sample has a comparable electrical conductivity and a remarkably higher Seebeck coefficient compared with the single-atom-filled Sr8Ga16Ge30 sample in the temperature range of 300--800 K. The double-atom filling of Yb/Sr has significant influence on the lattice thermal conductivity of the YbxSr8-xGa16Ge30 samples and the lattice thermal conductivity decreases gradually with increasing x. Of all the YbxSr8-xGa16Ge30 samples, the maximum dimensionless figure of merit ZT of 0.81 is obtained at 800 K for the YbxSr8-xGa16Ge30 sample. Compared with that of single-atom-filled Sr8Ga6Ge30 sample, it is 35 % higher at the same temperature.