Ba-Cu-Si 笼形化合物的热电性质

本文从实验和理论两方面研究了 I 型笼形化合物 Ba$_8$Cu$_x$Si$_{46-x}$（$3.6 \leq x \leq 7$，$x$ 为标称 Cu 含量）的热电性质。多晶样品通过熔炼、球磨和热压，或熔体旋甩、手工研磨和热压技术制备。随温度变化的电阻率 $\rho(T)$ 和 Seebeck 系数 $S(T)$ 测量表明，所有样品均呈现类金属行为。对于 $x = 5$ 和 6，进行了密度泛函理论计算以推导生成焓和电子结构，并利用该电子结构在 Boltzmann 输运理论框架内计算 Seebeck 系数和电导率。在模拟掺杂笼形化合物的性质时，应用了刚性带模型。基于密度泛函理论结果，分析了整个样品系列实验观测到的 $\rho(T)$ 和 $S(T)$ 对成分的依赖性。在 $600^{\circ}$C 下，熔体旋甩样品达到了 0.28 的最高无量纲热电优值 $ZT$。该系统中相对较低的 $ZT$ 值归因于过高的载流子浓度。