铋锑合金半导体化转变对热电性能的调控机制及优化研究

本文通过第一性原理计算与实验相结合，揭示了铋锑(Bi-Sb)合金从半金属(SM)向半导体(SC)转变过程中电子结构、晶体学特性与热电性能的协同演化规律。研究发现Bi0.84Sb0.16组分具有最优热电优值(ZT)，阐明了锑浓度调控Seebeck系数与电导率的协同变化机制，为低温热电材料设计提供了理论-实验双重指导。

　　

Highlight

铋锑合金中半金属向半导体(SMSC)的转变显著影响其热电性能。通过构建Bi_1-xSb_x(0

Results and discussion

A. 锑对铋锑合金晶格结构的影响

通过构建6种不同锑浓度的超胞模型，发现随着Sb含量增加，菱方晶格常数a_A7呈现先增大后减小的趋势。当x=0.125时出现晶格畸变拐点，此时Bi_0.875Sb_0.125的c/a比值达到最小值1.618，对应着最佳的能带收敛状态。

Conclusions

综合透射电镜(TEM)和四探针测试表明：Bi_0.84Sb_0.16组分在SMSC转变临界点表现出峰值ZT值0.28，这源于其0.18eV的带隙宽度与高态密度(DOS)的协同作用。该研究为通过精确调控半导体化转变来优化热电材料提供了新范式。