碲化铜的特征

由于污染和石油资源有限，绿色和可再生能源受到广泛关注。 热电材料技术由于可以实现废热直接转化为电能而备受关注。 无因次优值(zT)常被用来评价材料的TE性能; 需要较大的zT才能达到较高的能量转换效率。 zT定义为S2σT/κ，其中S为塞贝克系数，σ为电导率，T为绝对温度，κ为热导率(由载流子热导率κc和晶格热导率κ l组成)。 由于zTs的限制，TE技术的应用不广泛，导致转换效率较低。 材料性能的提高仍然是发展电致伸缩技术的关键。 在过去的十年中，电子和声子输运的调整大大提高了许多类型材料的zt。

近年来，具有类液态特性的硒化铜(Cu2-δSe)和硫化铜(Cu2-δS)被证明是一种导热系数极低、TE性能优良的材料。 在1000 K下，Cu2-δSe和Cu2-δS的zTs分别达到1.5和1.7，这是块状TE材料中zTs最高的值。 Cu2-δTe属于同一类材料。 由于碲比硫和硒重，碲的热导率通常比硒或硫化物低。 此外，由于碲的电负性较弱，碲的化学键应该比硫化物和硒化物的离子化程度低，而且在碲中载流子迁移率应该较大。 这两个特点使碲化物成为潜在的重要的TE材料。 事实上，许多最先进的TE材料都是碲化物，如PbTe, Bi2Te3和AgSbTe2。 Cu2-δSe和Cu2-δS中TE的表现表明，在Cu2-δTe中也可以获得较高的zTs。 然而，最近的研究表明，在900 K时，Cu2Te中的zTs仅约为0.3，远低于Cu2Se和Cu2S中的zTs。 历史上，碲化物中的zTs已被报道高于硒化物或经典TE材料中的硫化物，如PbX (X=S, Se或TE)和Bi2X3 (X=S, Se或TE)。 zTs在Cu2-δX (X=S, Se或Te)中的突破是极不寻常的。 通过对比Cu2-δX的TE性能发现，出现异常的原因是由于Cu2Te由于严重缺铜而比Cu2-δSe或Cu2-δS具有较高的导电性和较低的热功率。 尽管铜的化学计量化学2:1的比例和Te是用来提高铜水平尽可能在样本增长过程中,Cu2Te散装材料使用火花等离子烧结(SPS)——创建相同的过程用于Cu2 -δSe和忍耐力δs还是有显著的铜缺乏症以及低zt型。  

TE技术是一种全固态技术，其性能主要由材料的密度决定。 在块状材料中，为了提高能量转换效率以优化电输运特性，通常需要接近材料理论密度的高密度。 部分共价键和部分离子键是大多数TE材料的主要化学键。 然而，在这些材料中，原子扩散速率通常很低。 SPS(热压)通常用于粉末材料的烧结，以获得高密度的块状样品; 该技术已应用于几乎所有散装TE材料。 这些材料不同于金属和陶瓷，它们具有较高的原子扩散速率，可以使用直接退火而无需外加压力(无压烧结)来致密化。 然而，额外的SPS工艺可能会略微改变样品的组成及其物理性质。 在Cu2-δX (X=S, Se, Te)中，尽管S和Se元素具有较高的蒸汽压，但Cu2-δS和Cu2-δSe的化学组成比Cu2Te更容易控制。 这可能是化学键造成的。 S/Se比Te小，S/Se与Cu的电负性差大于Te与Cu。 因此，Cu与S/Se之间的离子键比Cu与Te之间的离子键强，Cu2-xS/Cu2-xSe中Cu空位与阴离子空位之间的自补偿比Cu2-xTe中更有效。 此外，Cu2Te中存在许多稳定相和亚稳定相。 由于这些相在结构和能量上非常相似，在样品制备过程中，如SPS烧结的微小变化都会影响其结构和相。