本文關鍵詞：過渡族硫系半金屬化合物的核磁共振研究　出處：《中國科學院大學(中國科學院物理研究所)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：近年來,由于日益嚴峻的環(huán)境問題和不可再生能源的枯竭,人們開始把目光投向可再生的、對環(huán)境友好的清潔能源上。熱電材料可以實現(xiàn)熱能和電能之間的相互轉化,可以有效利用生產(chǎn)生活等產(chǎn)生的廢熱,而且還具有相當?shù)目煽啃�。因其不產(chǎn)生排放物也沒有傳動部分,因此還具有無噪聲無污染的優(yōu)點。對于如何提高熱電材料的工作效率,在上世紀九十年代,Slack提出了聲子玻璃-電子晶體(Phonon Glass Electron Crystal)的熱電材料開發(fā)思路:在保持電子的傳導性能的前提下降低材料的晶格熱導。人們通過研究發(fā)現(xiàn),在籠狀(Clathrate)化合物和方鈷礦(Skutterudite)結構的材料中,在其它元素形成的籠子中加入外來原子(guest atom)可以有效降低晶格熱導。有觀點認為這是外來原子的顫動導致了較強的晶格散射所致。近些年來,一些過渡族硫系半金屬化合物被發(fā)現(xiàn)有優(yōu)異的熱電性能,被認為是一種新型的聲子玻璃,其極低的晶格熱導率被認為和離子的運動有關。具體來說,有研究表明離子的運動會對降低材料的晶格熱導。也有研究認為離子的運動行為有液體的特征,降低了材料的熱容從而導致晶格熱導的降低,并由此提出了聲子液體的概念�？偟膩碚f,不管是通過聲子散射降低聲子的平均自由程,還是降低比熱容,都意味著晶格熱導和原子或者離子的運動之間應當有著緊密的聯(lián)系,需要有一種研究原子運動時間尺度的實驗手段進行表征。核磁共振(Nuclear magnetic resonance,NMR)是一種被廣泛應用的研究原子尺度結構和動力學的實驗手段,在本論文中,將采用固體核磁共振技術為主要研究手段,對硫系半金屬化合物模型體系進行系統(tǒng)的研究。論文正文將會首先詳細地介紹研究背景,固體核磁共振技術和主要的實驗方法。在實驗結果部分,首先以過渡族硫系半金屬化合物CuAgSe為研究對象,利用核磁共振技術研究原子/離子運動時間尺度的優(yōu)勢,從實驗上給出了離子運動和晶格熱導之間具有關聯(lián)性的證據(jù),并結合前人的研究結果解釋了晶格熱導并不隨著溫度單調變化的現(xiàn)象。隨后,對不同偏分的CuAgSe樣品中Cu原子的運動能力進行了追蹤,提出了調節(jié)空位(Vacancy)這一新的調控離子運動能力的思路并在實驗上進行了驗證。最后,利用核磁共振對離子擴散的類固體(Solid-like)和類液體(Liquid-like)行為進行了研究,在實驗上給出了Cu_2S體系內存在離子運動的固-液轉變和固-液混合特性的證據(jù)。
[Abstract]:In recent years, due to the increasingly severe environmental problems and the depletion of non-renewable energy, people began to focus on renewable. On environmentally friendly clean energy, thermoelectric materials can realize the mutual transformation between heat energy and electricity, and can effectively utilize the waste heat generated by production and living. And it also has considerable reliability. Because it does not produce emissions or drive parts, it also has the advantage of no noise and no pollution. How to improve the efficiency of thermoelectric materials, in -10s. The phononic glass-electron crystal (Phonon Glass Electron Crystal) was proposed by Slack. The idea of developing thermoelectric materials is to reduce the lattice thermal conductivity of materials while keeping the conductivity of electrons. In materials with cage Clathrate compounds and skutterudite structures. Add a foreign atom, guest atom, to a cage made of other elements. It is believed that this is caused by strong lattice scattering due to the vibration of foreign atoms. Some transition group sulfur semimetallic compounds have been found to have excellent thermoelectric properties and are considered to be a new type of phonon glass. Their extremely low lattice thermal conductivity is considered to be related to the movement of ions. Some studies have shown that the movement of ions can reduce the lattice thermal conductivity of the materials. Some studies also show that the movement behavior of ions has the characteristic of liquid, which reduces the heat capacity of the materials and leads to the decrease of the lattice thermal conductivity. The concept of phonon liquid is proposed. In general, the average free path of phonon is reduced by phonon scattering or the specific heat capacity is reduced. It means that there should be a close relationship between lattice thermal conductivity and the movement of atoms or ions. We need an experimental method to study the time scale of atomic motion. Nuclear magnetic resonance. NMRs are widely used to study atomic scale structure and dynamics. In this thesis, solid nuclear magnetic resonance (SNMR) is used as the main research method. A systematic study on the model system of sulfur semimetallic compounds is carried out. Firstly, the research background, solid state nuclear magnetic resonance (SNMR) technology and main experimental methods are introduced in detail. Firstly, the advantage of nuclear magnetic resonance (NMR) to study the time scale of atom / ion motion is studied with the transition group sulfur semimetallic compound CuAgSe as the research object. Evidence of the correlation between ion motion and lattice thermal conductivity is given experimentally, and the phenomenon that lattice thermal conductivity does not change monotonously with temperature is explained in combination with previous studies. The movement ability of Cu atoms in CuAgSe samples with different bias was traced. A new idea of regulating the ion movement ability is proposed and verified in experiments. The behaviors of solid-like and liquid-like ions in ion diffusion have been studied by NMR. The evidence of solid-liquid transition and solid-liquid mixing in Cu_2S system is given.
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O482.532

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本文編號：1429203