Mg掺杂调制铜铁矿结构CuAlO2多晶的微结构和电热传导

• Published in: 人工晶体学报 Vol. 51; no. 8; pp. 1422 - 1430
• Main Authors: 李毅, 武浩荣, 胡一丁, 孟佳源, 宋宏远, 唐艳艳, 黎振华, 陈亮维, 刘斌, 虞澜
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 昆明理工大学材料科学与工程学院,昆明 650093 01.08.2022
• Subjects: 微结构; 点缺陷-声子散射; 晶格热导率; CuAl1-xMgxO2多晶; 电阻率; Mg—O键
• ISSN: 1000-985X
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-985X.2022.08.012

TB34; 采用固相反应法制备铜铁矿结构的CuAl1-xMgxO2(x=0、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04)多晶,研究了Mg掺杂对CuAlO2多晶结构和性能的影响.Mg掺杂量x从0增加到0.02,样品均为菱方R3m单相,密度依次提高;所有样品呈半导体的热激活电输运行为,x=0.02样品在室温下的电阻率是未掺杂样品的1/19,热激活能显著下降(x=0时,ρ300 K～5.54Ω·m,Ea～0.328 eV;x=0.02时,ρ300 K～0.29Ω·m,Ea～0.218 eV),载流子浓度增加1个量级,主要因为Mg2+取代Al3+,引入新的受主能级.x>0.02时,MgAl2 O4尖晶石杂相出现,使其电导率和热导率降低.CuAl1-x Mgx O2多晶的晶格热导率在总热导率中占绝对优势,且随温度升高(300～500 K)而下降,晶格热导Callaway模型模拟表明,所有样品的热阻主要源于点缺陷-声子散射.与x=0相比,x=0.02样品的室温热导率增大1倍(κ～13.0650 W/(m·K)),声速增大,点缺陷-声子散射减弱,分析认为掺Mg形成强的Mg—O键,提高了晶体的弹性模量和声子频率,减弱了本征点缺陷、Mg掺杂引起的质量波动和应变场波动对声子的散射,同时Mg掺杂样品的密度提高也有利于增加热导率.