Sr掺杂对Ca3Co4O9热电性能的影响与理论分析

通过实验研究了Ca位掺杂对Ca3Co4O9热电性能的影响，并用密度泛函离散变分法从理论和计算上寻求支持，从化学键角度对此现象进行解释。结果发现与未掺杂体系相比较，x=0.05有利于降低材料的电阻率，但Seebeck系数有所减弱；x=0.10对降低电阻率不利；体系在473～773K范围内具有hopping电导的特征。建立原子簇模型，对化学键进行分析。Ca2CoO3层中c轴方向的化学键比ab面的强，表现出各向异性特征，层间是Ca与周围O原子的弱结合。化学键随着Sr掺量变化而变化，x=0.08时，掺杂体系的键性减弱，这将有利于降低材料的电阻率，随Sr掺量的增加，体系的化学键有所增强。根据计算结果可知，通过Sr元素的掺杂可以改善体系的热电性能，其掺杂比例不宜超过0.10。