Ca-,3-Co-,2-O-,6-和其摻雜體系熱電材料的量子化學計算.pdf

1、本文對熱電效應、熱電理論以及熱電材料的研究進展作了較為詳細的綜述。以具有一維Co—O鏈的Ca3CO2O6鈷酸鹽氧化物和其摻雜體系作為研究對象，用量子化學的方法對它們進行計算研究。 對Ca3Co2O6鈷酸鹽氧化物和其摻雜體系的研究，采用的是密度泛涵理論中的離散變分方法。對它們的態(tài)密度、原子凈電荷和共價鍵級進行計算。Ca3Co2O6鈷酸鹽氧化物是p型窄帶半導體。通過計算發(fā)現(xiàn)它的總態(tài)密度的導帶和價帶主要是由Co原子和O原子作貢獻，說明

2、Ca3Co2O6的導電能力主要是沿著c軸方向的Co—O鏈引起的。Ca原子的貢獻主要是在導帶中比較高的能級上。Co原子作貢獻的主要是它們的3d軌道，O原子作貢獻的主要是它們的2p軌道。 分別對Ca3Co2O6進行了Ca原子和Co原子的取代研究。摻入Na原子和Sr原子取代部分的Ca原子，分別研究了摻雜原子與Ca原子比例是1比2和1比1時的態(tài)密度、凈電荷和共價鍵級。計算發(fā)現(xiàn)，摻雜使體系的費米能級向低能級移動，體系的化學鍵強度降低。摻入

3、的Na原子或Sr原子對總態(tài)密度的貢獻主要在能級較高的導帶。但是摻雜原子對于Co—O鏈上的原子的凈電荷和共價鍵級卻有影響，原子之間的相互作用減弱，從而使體系的化學鍵的強度減弱。 分別摻入Cr和Cu對Co—O鏈上的Co原子進行取代。每個摻雜原子分別取代位于Co—O鏈的Co（1）原子和Co（3）原子。摻雜原子的加入使體系的費米能級向低能級移動。Cr取代Co原子后，其對總態(tài)密度的貢獻要小于原來的Co原子。Cr原子的凈電荷小于被取代的Co

4、原子的凈電荷，Co—O鏈上的離子鍵強度減弱。而且摻入Cr原子后，Co—O鏈上的Co原子之間，以及Co原子和O原子的共價鍵強度減弱。Cu取代Co原子后，它對總態(tài)密度的貢獻也要小于原來的Co原子，而且Cu原子的主要貢獻在價帶。Cu原子的凈電荷小于被取代的Co原子的凈電荷，摻入Cu取代部分Co原子后，Co—O鏈上的離子鍵強度和共價鍵強度都減弱。 通過對Ca3Co2O6中的Ca原子和Co原子的取代研究，表明通過摻雜可以提高Ca3Co2O