[发明专利]包括多种过渡金属掺杂的I型包合物晶体结构的热电材料

说明书

关于联邦赞助研究或开发的声明

本发明是在编号为DE-FC26-04NT42278的政府合同下由美国能源部支持的研究和/或开发期间完成的。美国政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本发明主要涉及热电材料，更具体而言，涉及包括一种多种过渡金属掺杂的I型包合物(clathrate)晶体结构的热电材料。

背景技术

包括I型包合物结构的热电材料可以至少用于发电应用。这样的结构可适合于这样的应用，至少部分归因于它们低的晶格热导率值。然而，这样的结构可能不适用于中温应用(例如，约500K至约1000K)，至少因为最大热电优值，ZT，在约1000K下通常小于1。

发明内容

一种热电材料，其包括分子式为的多种过渡金属掺杂的I型笼状晶体结构。在式中，A选自钡、锶和铕；X选自硅、锗和锡；M选自铝、镓和铟；TM¹，TM²和TMⁿ各自选自3d，4d和5d过渡金属；y₁、y₂、y_n和Z分别是TM¹，TM²，TMⁿ和M的实际组成。实际组成基于由下面方程得到的名义组成：

z＝8·q_A-|Δq₁|y₁-|Δq₂|y₂-...-|Δq_n|y_n

其中，q_A是A的电荷态，Δq₁、Δq₂、Δq₃分别是第一、第二和第n个TM的名义电荷态。

具体地说，本发明涉及以下方面：

1、一种热电材料，其包含具有如下通式的多种过渡金属掺杂的I型包合物晶体结构：

A8TMy11TMy22...TMynnMzX46-y1-y2-...-yn-z]]>

其中：

A选自钡，锶，和铕；

X选自硅，锗，和锡；

M选自铝，镓，和铟；

TM¹、TM²和TMⁿ各自选自3d，4d，和5d过渡金属；及

y₁，y₂，y_n和Z分别是TM¹，TM²，TMⁿ，和M的实际组成，

其中所述实际组成基于由下面的方程得到的名义组成：z＝8·q_A-|Δq₁|y₁-|Δq₂|y₂-...-|Δq_n|y_n

其中，q_A是A的电荷态，Δq₁，Δq₂，Δq₃分别是第一，第二和第n个TM的名义电荷态。

2、如第1项所述的热电材料，TM¹是镍。