【摘 要】
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热电材料作为一种新型的能源材料,能够实现电能和热能之间的相互转换,在热能回收利用和制冷等领域有很大潜力。碲化钐和碲化钆作为镧系碲化物,具有良好的能带结构和良好的电子传输性能,即使在高载流子浓度下,复杂的能带结构也可以实现高塞贝克系数,且碲化镧(La3-xTe4)晶体结构复杂,空位处的声子散射以及高载流子浓度下的电子-声子散射能够降低晶格热导率。不过由于镧系元素非常活泼的特性,传统的液相法和金属熔融
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热电材料作为一种新型的能源材料,能够实现电能和热能之间的相互转换,在热能回收利用和制冷等领域有很大潜力。碲化钐和碲化钆作为镧系碲化物,具有良好的能带结构和良好的电子传输性能,即使在高载流子浓度下,复杂的能带结构也可以实现高塞贝克系数,且碲化镧(La3-xTe4)晶体结构复杂,空位处的声子散射以及高载流子浓度下的电子-声子散射能够降低晶格热导率。不过由于镧系元素非常活泼的特性,传统的液相法和金属熔融法难以实现镧系金属碲化物的合成。本论文使用粉末冶金法制备碲化钐和碲化钆,通过调节烧结参数和元素投料比例来探索和调控材料的热电性能,并探究烧结参数和元素比例对材料热电性能的影响。对于钐的碲化物,900℃烧结45分钟（min）为最合适的烧结参数,此时材料在烧结过程中能够结晶完全,晶粒不会过度长大,且保持一定的孔隙度,碲（Te）元素流失程度也较少。在钐（Sm）:碲=2:3～3:4之间时,材料的晶体结构同属于Sm3Te4（I-43d空间群,a=9.25埃（（?）））结构;而随着Sm原子比例进一步提升,Sm Te（Fm-3m空间群,a=5.68（?））结构出现并占比增多;当在Sm:Te=1:1时,材料完全转化为Sm Te（Fm-3m空间群,a=5.68（?））结构,半导体特性从P型转为N型,最后根据模拟计算得出简约费米能级（?）>1,属于简并半导体材料,且简并度较高。在1024开尔文（K）时,Sm3.6Te4获得了0.025的热电优值（ZT）。对于钆的碲化物,900℃烧结45 min为最佳烧结条件。组分点在钆（Gd）:碲（Te）=2:3～3:4之间时,材料同属于为Gd3Te4（I-43d空间群,a=9.533（?））晶体结构;随着Gd原子比例提升,Gd Te（Fm-3m空间群,a=6.15（?））结构出现并占比增加;最终在Gd:Te=1:1时,材料为单一的Gd Te（Fm-3m空间群,a=6.15（?））结构,半导体特性由P型转为N型,电导率急剧增加。进一步通过模拟计算得出材料的简约费米能级（?）>1,属于简并半导体材料,且简并度较高;对Gd Te的能带结构模拟表明:钆元素的f层电子在电输运中占据主要贡献。最终于973 K时,Gd3.7Te4的ZT值为0.362。综上所述,碲化钐和碲化钆材料都具有一定研究价值。尤其是碲化钆在纯体系中即得到较高的ZT值（0.362）,且应用温度高,有望通过进一步掺杂等探索,推动高温热电材料和器件领域的发展。
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