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作者：俞江湖;石涌才;梁昊;王扬威;张益欣;冯晶;葛振华;
单位：昆明理工大学材料科学与工程学院;
摘要：热电材料因其能够直接将热能转化为电能而具有广泛应用的前景。尽管最近几年发现了许多新型热电材料，但能够实现大规模商业化应用的依然是碲化铋(Bi_2Te_3)基材料。目前，Bi_2Te_3基材料的平均z T值和转化效率依然有提升空间。在本工作中，采用固相法和放电等离子烧结技术制备了p型(Bi,Sb)_2Te_3(BST)热电材料，并选取Na_2S作为掺杂剂，实现了阳离子位置的低价取代，引入空穴，提升载流子浓度，优化BST基体热电材料的电导率。同时大量点缺陷增强声子散射降低材料热导率。除此之外S元素能够增强Na在BST基体中的固溶度，增强固溶强化。在300 K时0.5%(质量分数)Na_2S掺杂的BST样品电导率由纯样品的598 S/cm提升至749 S/cm，同时样品的晶格热导率在300 K时降至0.55 W/(m·K)。由于功率因子的提升和热导率的降低，0.5%(质量分数)Na_2S的BST样品在300 K的峰值zT达到1.3，较未掺杂样品提升了49.4%。由于其具有较优热电优值，在275 K的温差下单臂器件的热电转换效率达到了3%。另外，由于固溶强化掺杂样品的力学性能也得到较大提升，掺杂样品的平均硬度由纯样品的0.87 GPa提高到1.09 GPa，本工作的结果有望为其他热电材料的优化提供借鉴。
关键词：p型碲化铋;固溶强化;缺陷工程;热电性能
基金资助：国家重点研发计划(2022YFF0503804)
