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方钴矿热电化合物X射线吸收精细结构模拟计算

谢作星  
【摘要】:方钴矿是一种性能优异的热电材料,但其过高的晶格热导率限制了它的应用和发展。材料的晶格热导率取决于材料的能带结构和晶体结构。理论计算表明,n型填充方钴矿的热电输运性能取决于位于导带底的Sb5p和Co3d电子能带结构。本文用多重散射理论计算了二元CoSb3的X射线吸收近边结构谱(XANES),研究了二元CoSb3的电子结构信息;用单散射理论计算了Ba和In填充方钴矿的扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS),研究了Ba和In填充方钴矿的原子结构信息。得到的主要结论如下: 采用实空间的全势多重散射理论模拟计算了二元方钴矿CoSb3的Co K边和Sb K边XANES谱,通过优化理论参数,使XANES理论谱与实测谱相吻合。研究了团簇大小对Co K边和Sb K边XANES谱的影响,结果表明优化的Co和Sb团簇半径分别为5.74和5.60。分析了芯孔寿命对Co K边XANES谱的影响,得到优化的芯孔寿命为1.3eV。Co和Sb的局域态密度表明,Co4s、Co4p和Sb5s轨道电子占据价带底部,Co3d和Sb5p轨道电子占据价带顶部和导带底部。 用单散射理论计算了CoSb3、Ba0.3Co4Sb12、In0.25Co4Sb12和Ba0.3In0.2Co4Sb12的Co K边EXAFS谱。结果表明,Ba和In填充导致CoSb6八面体的Co-Sb键键长增大。在Ba和In填充方钴矿中前三壳层Co-Sb键的热振动参数增大,但它们仍然较小,表明填充引起的晶格畸变虽然导致方钴矿化合物的晶格热无序度增加,但晶体点阵仍然高度有序。 用单散射理论计算了CoSb3、Ba0.3Co4Sb12、In0.25Co4Sb12和Ba0.3In0.2Co4Sb12的Sb K边EXAFS谱。结果表明,在Ba和In填充方钴矿中Sb4四面体的Sb-Sb长键和短键键长减小且长短键键长之差也减小,表明Ba和In填充致使Sb4四元环由矩形向正方形转变。此外,四种方钴矿型化合物中Sb4四元环的Sb-Sb长键的热振动高于短键。


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