具有c轴择优的CuCr1-xMgxO2多晶的热电输运性质及Mg掺杂效应

摘要

采用固相反应法制备了c轴择优的CuCr1-xMgxO2(0≤x≤0.08)系列多晶,通过X射线衍射、扫描电镜和电阻率-温度曲线、Seebeck系数-温度曲线对样品的结构、热电输运和固溶度进行表征研究。随Mg掺杂量在x=0~0.03范围内增加,多晶为铜铁矿单相结构,层状晶粒在ab面显著长大,(00l)取向因子最大达0.53,晶界和孔隙显著减少,致密度依次提高;多晶呈热激活机制的半导体电输运行为,热激活能从0.273eV下降到0.031eV,室温电导率相应提高了3~4个数量级,高温下Seebeck系数从481.2μV·K^-1减小到334.7μV·K^-1。由于声子曳引的贡献,随温度升高,掺Mg样品的Seebeck系数增大。x>0.03后,样品的热电输运性质基本保持不变,微观结构变化不大,在晶界处观察到MgCr2O4八面体尖晶石第二相,分析认为Mg掺杂的最大固溶度约为0.03。随Mg^2+替代Cr^3+的增加,在靠近价带顶的上方引入受主能级并展宽,使电输运的热激活能显著下降,空穴载流子浓度增大;同时c轴择优取向使面内的输运分量增加,这都是电导率提高的主要原因,而载流子迁移率浮动是电导率提高的次要原因。