CN116813345A - 一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷及其构建方法 - Google Patents

Abstract

一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷及其构建方法，其化学组成为：KBiSr₄Nb₁₀O₃₀、K₂Sr₄TiNb₉O₃₀或K₂Sr₄TaNb₉O₃₀；本发明通过构建Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型，利用第一性原理计算Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构的热电性能，得到Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺的掺杂均会使铌酸锶钾的ZT显著提高，通过研究A位(Bi³⁺)或B位(Ti⁴⁺、Ta⁵⁺)掺杂铌酸锶钾的热电性能，为提高钨青铜结构材料的热电性能提供了直接的理论指导，便于甄别出具有更高热电性能的材料组分，缩短了研发周期，降低了研发成本。

Description

一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷及其构建方法

技术领域

本发明属于氧化物陶瓷技术领域，具体涉及一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷及其构建方法。

背景技术

热电材料是基于热电效应，利用材料内部的电子和声子运输，实现热能和电能直接相互转化的一种新能源材料。热电材料的转换效率与热电品质因数或ZT成正比，品质因数通过功率因子体现，而应用于器件的氧化物热电材料需要高的功率因子，它们通常用于废热收集、制冷、微电子、光电、传感器以及新概念热电波等领域。氧化物热电材料与其他含碲、铅和锑的体系相比，虽然性能不占优势，但它们在高温下(尤其是在氧化气氛中)具有优异的稳定性、无毒环保，而且还能有效避免非氧化物热电材料的一些缺点，如有限的操作温度范围、高加工成本、对稀有元素和有毒化学物质的依赖等。因此，氧化物热电材料引起了人们极大的兴趣，普遍认为是高温氧化气氛中工作能量转换装置的候选者。

目前，大多为n型氧化物的钨青铜结构材料具有热导率普遍较低的优势，但是，钨青铜结构材料多为铁电体，其电导率的研究通常致力于最小化电导率或了解限制器件性能及寿命的漏电流、退极化及极化疲劳过程，电导率通常较小，这极大地影响了其热电性能的提高。因此，有必要对材料的电子运输行为进行研究，通过将钨青铜结构材料进行改性，提高其电导率，有望获得高ZT值的热电材料。掺杂是提高材料热电性能的一种常用手段，当引入适量浓度的掺杂原子后，掺杂能级会进入导带或价带形成共振态，当费米能级靠近共振态时，有效质量由于态密度的增加而大幅升高，从而使赛贝克系数增大，同时，杂质元素的引入有助于提高材料的载流子浓度，从而提高电导率，使得材料的热电性能提高。并且，钨青铜结构晶格中含有大量的空隙，容易引入其他离子，便于采用掺杂的方法提高其热电性能。

铌酸锶钾，化学式为KSr₂Nb₅O₁₅(KSN)晶体是一种四方充满型钨青铜结构的功能材料。它是KNbO₃-SrNb₂O₆的固溶体，当SrNb₂O₆在59-78mol％范围内时均可形成四方钨青铜结构的KSr₂Nb₅O₁₅固溶体。KSr₂Nb₅O₁₅随温度下降存在简单的相变，居里温度TC为150℃，高于Sr_1-xBa_xNb₂O₆，低温下存在弛豫型铁电相变，室温下为四方铁电相，在TC处KSr₂Nb₅O₁₅由四方顺电相向铁电相转变。居里温度TC会随着组分的变化影响，当SrNb₂O₆的含量逐渐增加到84％时，KSr₂Nb₅O₁₅晶体的居里温度会从158℃降低到124℃，这时介电常数将明显增加，从600上升到1400。根据KSr₂Nb₅O₁₅单晶的介温谱线，可以大致确定其在居里温度时的最大介电常数约为13000。KSr₂Nb₅O₁₅除了具有高的介电常数外，还具有高的电光系数，约为LiNbO₃晶体的7倍，而且光催化性能在紫外可见光下是商用TiO₂的四倍。因此它可以被应用于制造声表面波滤波器、振荡器、温度补偿器及光催化等电子元器件。

在doi：org/10.1016/j.ceramint.2022.09.137中，Qian Chen等公开发表了《Effect ofAg⁺doping and Ag addition onthe thermoelectric propertiesofKSr₂Nb₅O₁₅》的论文，在该论文中，采用第一性原理的方法研究了Ag⁺掺杂对铌酸锶钾陶瓷热电性能的影响，但是，该论文仅计算了Ag⁺A位掺杂，并未涉及B位掺杂铌酸锶钾陶瓷的热电性能。

在doi：org/10.1016/j.jpcs.2022.111204中，Qian Chen等公开发表了《Comparing investigation ofthe anisotropic thermoelectric propertiesoftextured KSr₂Nb₅O₁₅ ceramics》的论文，在该论文中，采用第一性性原理计算的方法研究了铌酸锶钾陶瓷热电性能的各向异性，但是，并未涉及离子掺杂对铌酸锶钾陶瓷的影响规律。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出了一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷及其构建方法，通过构建A位(Bi³⁺)或B位(Ti⁴⁺、Ta⁵⁺)掺杂铌酸锶钾陶瓷，并对A位(Bi³⁺)或B位(Ti⁴⁺、Ta⁵⁺)掺杂铌酸锶钾的晶胞结构进行了第一性原理计算，得到了具有高热电性能的铌酸锶钾基陶瓷，并且处于晶胞结构骨架位置的B位离子掺杂更有利于提高铌酸锶钾材料的热电性能，具有操作简单，容易实现，缩短研发周期，降低研发成本的特点。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷，其化学组成为KBiSr₄Nb₁₀O₃₀、K₂Sr₄TiNb₉O₃₀或K₂Sr₄TaNb₉O₃₀。

一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷的构建方法，步骤如下：

步骤1：构建KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型，并对其晶胞结构有序化；

步骤2：基于步骤1中有序化的KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构，构建Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型；

步骤3：使用VASPKIT软件对步骤1中KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构和步骤2中Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行收敛性测试，确定体系达到收敛时的计算参数；

步骤4：使用VASP软件利用共轭梯度算法对步骤1中KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构和步骤2中Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行结构优化，结构优化计算达到收敛之后进行能量自洽计算，生成的稳定晶胞结构具有能量最低状态；

步骤5：在步骤4中得到的能量最低的掺杂晶胞结构的基础上，使用BoltzTraP2程序包计算热电性能；使用VASP软件计算弹性性质；使用Slack模型计算晶格热导率；

步骤6：基于步骤5得到的参数计算出晶胞结构的ZT值；

步骤7：基于步骤6中的ZT值，通过在铌酸锶钾中掺杂离子，改变晶胞结构的方式，并重复上述步骤，筛选出具有高热电性能的铌酸锶钾陶瓷。

所述步骤2中构建Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型，具体过程如下：

根据步骤1中有序化后的KSr₂Nb₅O₁₅晶胞结构，用1个Bi³⁺替换KSr₂Nb₅O₁₅晶胞结构中的K⁺，建立掺杂浓度为50atom％的KBiSr₄Nb₁₀O₃₀晶胞结构；

相应地，用1个Ti⁴⁺替换KSr₂Nb₅O₁₅中的Nb⁵⁺，建立掺杂浓度为10atom％的掺杂晶胞结构模型；

相应地，用1个Ta⁵⁺替换KSr₂Nb₅O₁₅中的Nb⁵⁺，建立掺杂浓度为10atom％的掺杂晶胞结构模型。

所述步骤3中截断能为600eV，不可约布里渊区高对称K点为6×6×6，能量收敛标准为10^-5eV，力的收敛标准为单个原子低于

所述步骤4中结构优化时计算参数设置为ISIF＝3，IBRION＝2，同时选取步骤3中600eV的截断能，6×6×6的k-point，能量收敛标准为10^-5eV，力的收敛标准为单个原子低于能量自洽计算时计算参数设置为ISIF＝2，IBRION＝-1，能量收敛标准为10^-5eV，迭代次数不超过60次。

所述步骤7中掺杂的离子为Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺。

与现有技术相比较，本发明取得的有益效果为：

1.本发明通过对铌酸锶钾进行A位(Bi³⁺)或B位(Ti⁴⁺、Ta⁵⁺)阳离子掺杂位置设计，B位为铌酸锶钾四方钨青铜结构的骨架位置，B位掺杂引起了晶胞结构畸变，提高了声子散射，降低了材料的热导率，而A位为铌酸锶钾四方钨青铜结构的间隙位置，A位掺杂对晶胞结构的畸变程度较小，声子散射增强有限，热导率有所上升，与现有技术中未掺杂的铌酸锶钾相比，Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾后的ZT均高于未掺杂的铌酸锶钾，即KSN-Ti>KSN-Ta>KSN-Bi>KSN，则Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾后的热电性能均有所提高。

2.本发明使用第一性原理进行理论计算，预测高热电性能，实现了按需设计，缩短了研发周期，为实际实验提供了理论指导，节约了实验时间和成本。

3.本发明与现有技术相比，通过第一性原理的方法计算A位(Bi³⁺)或B位(Ti⁴⁺、Ta^{5 +})阳离子掺杂铌酸锶钾的弹性系数、弹性常数、德拜温度、泊松比、塞贝克系数、电导率和热导率等，这些热、力学性质均与热电材料组分的确定密切相关，利用第一性原理计算确定了具有高热电性能的铌酸锶钾材料的组分，具有计算结果精度高，操作简单，易于实现，研发周期短的特点。

综上所述，本发明通过构建A位(Bi³⁺)或B位(Ti⁴⁺、Ta⁵⁺)掺杂铌酸锶钾晶胞结构，利用第一性原理计算其热电性能，得到Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺的掺杂均会使铌酸锶钾的ZT显著提高，尤其是Ti⁴⁺掺杂铌酸锶钾，在1200K时，其ZT值达到0.586，是未掺杂铌酸锶钾的1.35倍；基于第一原理计算A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的热电性能，便于研究A位或B位掺杂对铌酸锶钾陶瓷热电性能的影响规律，甄别出具有更高热电性能的材料组分。

附图说明

图1为本发明的A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的晶胞结构，其中(a)KSN；(b)KSN-Bi；(c)KSN-Ti；(d)KSN-Ta。

图2为本发明的A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的塞贝克系数。

图3为本发明的A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的电导率。

图4为本发明的A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的功率因子PF。

图5为本发明的A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的电子热导率。

图6为本发明的A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的晶格热导率。

图7为本发明的A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的总热导率。

图8为本发明的A位或B位阳离子掺杂铌酸锶钾的ZT值。

具体实施方式

一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷，所述其化学组成为KBiSr₄Nb₁₀O₃₀、K₂Sr₄TiNb₉O₃₀或K₂Sr₄TaNb₉O₃₀。

一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷的构建方法，包括以下步骤：

步骤1：构建KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型，并对其晶胞结构有序化，具体过程如下：

从无机晶体结构数据库(ICSD)中导出KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型，KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型在无机晶体结构数据库中的编号为Code 95741，如图1所示；对KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行有序化，将处于五角形间隙的Sr²⁺和K⁺全部用Sr²⁺代替，处于四方位的Sr²⁺用K⁺代替，满足KSr₂Nb₅O₁₅的化学计量比，以此实现对KSr₂Nb₅O₁₅晶胞结构的有序化；

步骤2：基于步骤1中有序化的KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构，构建Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型，具体过程如下：

如图1所示，构建KBiSr₄Nb₁₀O₃₀的晶胞结构模型，用1个Bi³⁺替换步骤1有序化的KSr₂Nb₅O₁₅中的K⁺，对应的掺杂浓度为50atom％，得到KBiSr₄Nb₁₀O₃₀晶胞结构；

相应地，构建K₂Sr₄TiNb₉O₃₀的晶胞结构模型，用1个Ti⁴⁺替换步骤1中有序化的KSr₂Nb₅O₁₅中的Nb⁵⁺，对应的掺杂浓度为10atom％，得到K₂Sr₄TiNb₉O₃₀晶胞结构；

相应地，构建K₂Sr₄TaNb₉O₃₀的晶胞结构模型，用1个Ta⁵⁺替换步骤1中有序化的KSr₂Nb₅O₁₅中的Nb⁵⁺，对应的掺杂浓度为10atom％，得到K₂Sr₄TaNb₉O₃₀晶胞结构模型；

步骤3：使用VASPKIT软件对步骤1中KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构和步骤2中Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行收敛性测试，确定体系达到收敛时的计算参数，具体过程如下：

使用VASPKIT软件对步骤1中得到的KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构和步骤2中得到的Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行收敛性测试，确定截断能为600eV，不可约布里渊区高对称K点(k-point)为6×6×6，能量收敛标准为10^-5eV，力的收敛标准为单个原子低于

步骤4：使用VASP软件利用共轭梯度算法对步骤1中KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构和步骤2中Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行结构优化，结构优化计算达到收敛之后进行能量自洽计算，生成的稳定晶胞结构具有能量最低状态，具体过程如下：

使用VASP软件利用共轭梯度算法对步骤1中的KSr₂Nb₅O₁₅晶胞结构和步骤2中的Bi^{3 +}、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行结构优化，对整个输入体系的坐标进行调整，得到一个相对稳定的基态机构，此时结构优化计算参数设置为ISIF＝3，IBRION＝2，同时选取步骤3中确定的收敛标准，即600eV的截断能，6×6×6的k-point，10^-5eV的能量收敛标准，单个原子低于的力的收敛标准；利用VASP软件对优化后达到收敛标准的晶胞结构进行能量自洽计算，在体系能量达到较低、体系较稳定的情况下固定原子的位置坐标，再对体系中的电子进行调整，以达到体系的最低能量，得到的稳定晶胞结构具有能量最低状态，此时计算参数设置为ISIF＝2，IBRION＝-1，能量收敛标准为10^-5eV，迭代次数不超过60次，得到相应的晶胞结构参数(如表1所示)；

表1晶胞结构参数

步骤5：在步骤4中得到的能量最低的掺杂晶胞结构的基础上，使用BoltzTraP2程序包计算热电性能；使用VASP软件计算弹性性质；使用Slack模型计算晶格热导率；

步骤5.1：将步骤4中得到的晶胞结构参数导入BoltzTraP2程序包计算步骤4中得到的能量最低的掺杂晶胞结构的热电性能，包括Seebeck系数，电导率与弛豫时间的比值，电子热导率与弛豫时间的比值，此时温度范围设置为400-1200K；

步骤5.2：通过步骤5.1得到的Seebeck系数和电导率计算功率因子PF，具体公式如下：

PF＝S²σ

其中S为塞贝克系数，σ为电导率；

步骤5.3：将步骤4中得到的晶胞结构参数导入VASP软件，得到弹性常数，将弹性常数输入VASPKIT通过软件默认的计算公式得到德拜温度和泊松比；

步骤5.4：利用Slack模型计算KSr₂Nb₅O₁₅及阳离子掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶格热导率，计算方法如下:

格律乃森常数γ计算公式为：

其中，σ为泊松比；

平均原子体积δ³计算公式为：

其中，n_i是每一中原子的数目，r是原子半径；

Slack模型为：

其中，k为晶格热导率，A≈3.04×10^-6，为平均原子质量(amu)，θ_D为德拜温度，γ为格律乃森常数，δ³为平均原子体积/>n为晶胞中的原子数目，T为温度；

将步骤5.4中得到的晶格热导率k与步骤5.1中得到的电子热导率相加得到晶胞结构的总热导率；

步骤6：基于步骤5得到的参数计算出晶胞结构的ZT值；

通过步骤5.1中的功率因子PF和步骤5.4中得到的总热导率，得到晶胞结构的热电优值ZT，计算公式为：

其中，PF为功率因子，T为绝对温度，κ为热导率；

步骤7：基于步骤6中的ZT值，通过在铌酸锶钾中掺杂离子，改变晶胞结构的方式，并重复上述步骤，筛选出具有高热电性能的铌酸锶钾陶瓷；

所述在铌酸锶钾中掺杂离子为Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺。

图1为本发明的晶胞结构图，由于Bi³⁺掺杂时会占据KSr₂Nb₅O₁₅钨青铜结构中的A位，并且优先占据A1位置，所以建模时用Bi³⁺替换A1位置的K⁺，而Ti⁴⁺和Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅时会占据KSr₂Nb₅O₁₅钨青铜结构的B位，所以建模时分别用Ti⁴⁺或Ta⁵⁺替换KSr₂Nb₅O₁₅B位中的Nb⁵⁺。

如图2所示，在1200K时，未掺杂的铌酸锶钾的塞贝克系数为-170μV/K，Bi³⁺、Ti⁴⁺和Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的塞贝克系数分别为-132μV/K、-220μV/K和-139μV/K，与未掺杂的铌酸锶钾相比，Ti⁴⁺掺杂铌酸锶钾的塞贝克系数有所提高。

如图3所示，在1200K时，Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的电导率分别为704/(Ω·cm)，92/(Ω·cm)和400/(Ω·cm)，与未掺杂的铌酸锶钾相比，Bi³⁺和Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的电导率显著提高，尤其是Bi³⁺掺杂后，使铌酸锶钾的电导率提升为原来的3.4倍。

如图4所示，在1200K时，Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的功率因子PF分别为1.227mW/(K²·m)，0.443mW/(K²·m)和0.773mW/(K²·m)，与未掺杂的铌酸锶钾相比，Bi³⁺和Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的PF明显提高，尤其是Bi³⁺掺杂后，铌酸锶钾的PF增加为原来的2.07倍，说明通过掺杂Bi³⁺和Ta⁵⁺能显著提升铌酸锶钾的电子传导能力。

在1200K时，Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的电子热导率分别为1.570W/m/K、0.133W/m/K和0.841W/m/K，如图5所示，Ti⁴⁺掺杂的铌酸锶钾的电子热导率明显降低，Bi³⁺和Ta⁵⁺略有所升高；在1200K时，Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的晶格热导率分别为1.485W/m/K、0.773W/m/K和0.771W/m/K，如图6所示，与未掺杂的铌酸锶钾相比，Ti⁴⁺和Ta⁵⁺掺杂的铌酸锶钾的晶格热导率明显降低，Bi³⁺略有所升高；将晶格热导率和电子热导率相加后得到总的热导率，即在1200K时，Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的热导率分别为3.055W/m/K，0.906W/m/K和1.612W/m/K，如图7所示，与未掺杂的铌酸锶钾相比，Ti⁴⁺和Ta⁵⁺掺杂的铌酸锶钾的热导率明显降低，尤其是Ti⁴⁺掺杂的铌酸锶钾的电子热导率和晶格热导率均明显降低，因此Ti⁴⁺掺杂铌酸锶钾的总的热导率最低，远远小于未掺杂铌酸锶钾总的热导率1.643W/m/K(1200K)，这说明Ti⁴⁺掺杂能有效改善铌酸锶钾声子的传输能力。

如图8所示，1200K时，Bi⁴⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂铌酸锶钾的ZT分别为0.482、0.586和0.575，掺杂后铌酸锶钾体系的ZT均得到了提升，尤其是Ti⁴⁺掺杂铌酸锶钾的ZT最高，是未掺杂铌酸锶钾ZT值的1.35倍。

由附图和实施例可知，与现有技术中未掺杂的铌酸锶钾相比，本发明通过构建A位(Bi³⁺)或B位(Ti⁴⁺、Ta⁵⁺)掺杂铌酸锶钾陶瓷，并对A位(Bi³⁺)或B位(Ti⁴⁺、Ta⁵⁺)掺杂铌酸锶钾的晶胞结构进行第一性原理计算，得到具有高热电性能的铌酸锶钾基陶瓷，并且处于晶胞结构骨架位置的B位离子掺杂更有利于提高铌酸锶钾材料的热电性能，为实际实验提供了理论指导，节约了实验时间和成本。

Claims (6)

1.一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷，其特征在于，其化学组成为KBiSr₄Nb₁₀O₃₀、K₂Sr₄TiNb₉O₃₀或K₂Sr₄TaNb₉O₃₀。

2.一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷的构建方法，其特征在于：步骤如下：

步骤1：构建KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型，并对其晶胞结构有序化；

步骤2：基于步骤1中有序化的KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构，构建Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型；

步骤3：使用VASPKIT软件对步骤1中KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构和步骤2中Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行收敛性测试，确定体系达到收敛时的计算参数；

步骤4：使用VASP软件利用共轭梯度算法对步骤1中KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构和步骤2中Bi^{3 +}、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构进行结构优化，结构优化计算达到收敛之后进行能量自洽计算，生成的稳定晶胞结构具有能量最低状态；

步骤5：在步骤4中得到的能量最低的掺杂晶胞结构的基础上，使用BoltzTraP2程序包计算热电性能；使用VASP软件计算弹性性质；使用Slack模型计算晶格热导率；

步骤6：基于步骤5得到的参数计算出晶胞结构的ZT值；

步骤7：基于步骤6中的ZT值，通过在铌酸锶钾中掺杂离子，改变晶胞结构的方式，并重复上述步骤，筛选出具有高热电性能的铌酸锶钾陶瓷。

3.根据权利要求2所述的一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷的构建方法，其特征在于：所述步骤2中构建Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺掺杂KSr₂Nb₅O₁₅的晶胞结构模型，具体过程如下：

根据步骤1中有序化后的KSr₂Nb₅O₁₅晶胞结构，用1个Bi³⁺替换KSr₂Nb₅O₁₅晶胞结构中的K⁺，建立掺杂浓度为50atom％的KBiSr₄Nb₁₀O₃₀晶胞结构；

相应地，用1个Ti⁴⁺替换KSr₂Nb₅O₁₅中的Nb⁵⁺，建立掺杂浓度为10atom％的掺杂晶胞结构模型；

相应地，用1个Ta⁵⁺替换KSr₂Nb₅O₁₅中的Nb⁵⁺，建立掺杂浓度为10atom％的掺杂晶胞结构模型。

4.根据权利要求2所述的一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷的构建方法，其特征在于：所述步骤3中截断能为600eV，不可约布里渊区高对称K点为6×6×6，能量收敛标准为10^-5eV，力的收敛标准为单个原子低于

5.根据权利要求2所述的一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷的构建方法，其特征在于：所述步骤4中结构优化时计算参数设置为ISIF＝3，IBRION＝2，同时选取步骤3中600eV的截断能，6×6×6的k-point，能量收敛标准为10^-5eV，力的收敛标准为单个原子低于 能量自洽计算时计算参数设置为ISIF＝2，IBRION＝-1，能量收敛标准为10^-5eV，迭代次数不超过60次。

6.根据权利要求2所述的一种高热电性能的铌酸锶钾陶瓷的构建方法，其特征在于：所述步骤7中掺杂的离子为Bi³⁺、Ti⁴⁺或Ta⁵⁺。