mnsi1.7熱電材料的制備及其電子結(jié)構(gòu)計(jì)算

1、M n S i l ．7 熱電材料的制備及其電子結(jié)構(gòu)計(jì)算P r e p a r a t i o n o f M n S i l ．7T h e r m o e l e c t r i cM a t e r i a l a n d C a l c u l a t i o n s o f i t sE l e c t r o n i cS t r u c t u r e學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：楊文昭指導(dǎo)教師：師春生副教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工

2、程學(xué)院2 0 1 0 年6 月摘要熱電材料是實(shí)現(xiàn)熱能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的一種半導(dǎo)體功能材料。其中較有前景的是高錳硅化物M n S i l ．7 0 它具有化學(xué)穩(wěn)定性高、抗氧化性能好、無毒無污染、成本低等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文采用粉末冶金法制備Y ' M n S i l 7 塊體熱電材料。通過對比不同工藝參數(shù)對試樣的影響，得到合理的制備工藝參數(shù)，并考察其電導(dǎo)率隨溫度的變化規(guī)律。同時(shí)，為了深入理解M n S i l ．7 的

3、電子結(jié)構(gòu)，對M n 4 S i 7 的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度進(jìn)行了較為完備的理論計(jì)算和分析。采用酒精濕磨方法將M n 粉和S i 粉混合后，壓制壓力為4 8 6 M P a 條件下制備出的M n S i i 7 塊體材料成型性和致密性最佳。隨著燒結(jié)溫度的升高和燒結(jié)時(shí)間的延長，產(chǎn)物中M n S i l ．7 所占比例逐漸升高。較快的降溫速率對M n S i l ．7 相的保留有很好的促進(jìn)作用。M n S i 1 ．7 塊體材料的電導(dǎo)率隨著溫度的

4、升高，先增大后減小，在4 0 0 ℃左右時(shí)達(dá)到了最小值。熱電材料的熱電性能與其電子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，研究其電子結(jié)構(gòu)可為開發(fā)高性能熱電材料提供理論指導(dǎo)。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理對M n 4 S i ，的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度做了較為完備的理論計(jì)算和分析，計(jì)算結(jié)果表明，M n 4 S i 7具有O ．8 2e V 的直接能隙。體系中S i 空位的引入導(dǎo)致在費(fèi)米能級附近產(chǎn)生雜質(zhì)態(tài)，形成P 型M n a S i 7 ：S i 空位的存在使得費(fèi)