不同元素替代掺杂化合物M0.04Ti0.96S2（M=Ni,Al,Mg）的热电性质（英文）
来源期刊：材料科学与工程学报2010年第2期
论文作者：张建 秦晓英 李地 辛红星 宋春军
文章页码：237 - 243
关键词：TiS2;热电;电阻率;热导率;
摘 要：层状结构TiS2具有准二维结构,高热电势（室温时S≈250μV/K）和大的热电功率因子,作为热电材料具有很好的开发和应用前景。通过固相反应法,我们分别用原子量大于和小于Ti的原子部分替代Ti位引入替位缺陷（NiTi″,AlTi′,MgTi″）,合成了不同元素替代掺杂化合物M0.04Ti0.96S2（M=Ni,Al,Mg）,在5-310K的温度范围内研究了各化合物的电阻率、热导率及热电势率与温度的对应关系。结果表明Ni、Al、Mg三种元素的掺杂均引起了主体材料从金属性到半导体导电性质的转变,且在低温范围内呈现莫特二维变程跳跃电导规律,lnσ∝T-1/3,表明了TiS2的二维导电机制。值得注意的是:①Mg、Al的掺杂引起了热电势绝对值的显著增高,特别是Al掺杂的化合物在310K时热电势率为-500μV/K,达到了纯TiS2的200%;②Ni掺杂也在整个研究温区引起热导率的明显下降,而Mg、Al的掺杂却在整个研究温区引起热导率的明显升高。由于电阻率的增大,Ni、Al的掺杂均没能使得材料的ZT值有所提高,而Mg的掺杂明显地提高了TiS2的ZT值,在310K其ZT值是纯TiS2的1.6倍。这表明元素掺杂是提高材料的热电优值的有效途径之一。
张建，秦晓英，李地，辛红星，宋春军
中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室
摘 要：层状结构TiS2具有准二维结构,高热电势（室温时S≈250μV/K）和大的热电功率因子,作为热电材料具有很好的开发和应用前景。通过固相反应法,我们分别用原子量大于和小于Ti的原子部分替代Ti位引入替位缺陷（NiTi″,AlTi′,MgTi″）,合成了不同元素替代掺杂化合物M0.04Ti0.96S2（M=Ni,Al,Mg）,在5-310K的温度范围内研究了各化合物的电阻率、热导率及热电势率与温度的对应关系。结果表明Ni、Al、Mg三种元素的掺杂均引起了主体材料从金属性到半导体导电性质的转变,且在低温范围内呈现莫特二维变程跳跃电导规律,lnσ∝T-1/3,表明了TiS2的二维导电机制。值得注意的是:①Mg、Al的掺杂引起了热电势绝对值的显著增高,特别是Al掺杂的化合物在310K时热电势率为-500μV/K,达到了纯TiS2的200%;②Ni掺杂也在整个研究温区引起热导率的明显下降,而Mg、Al的掺杂却在整个研究温区引起热导率的明显升高。由于电阻率的增大,Ni、Al的掺杂均没能使得材料的ZT值有所提高,而Mg的掺杂明显地提高了TiS2的ZT值,在310K其ZT值是纯TiS2的1.6倍。这表明元素掺杂是提高材料的热电优值的有效途径之一。
关键词：TiS2;热电;电阻率;热导率;
