超声化学结合放电等离子烧结制备In4Se3化合物的热电性能研究

采用超声化学和后续还原热处理工艺合成了单相In4Se3化合物粉体,并结合放电等离子烧结技术(SPS)制备了致密的块体材料.对所得的块体材料的微结构和热电传输性能进行了系统研究.结果表明,块体样品的晶粒细小、排列紧密并存在显著的择优取向,同时样品中存在大量精细的层状结构,这使得块体样品的电热传输性能也表现出明显的各向异性.由于具有较高的Seebeck系数和较低的热导率,沿着SPS压力方向上样品表现出较好的热电性能,其最大ZT值在700 K可达到0.56,这与其它物理技术制备的In4Se3多晶材料的性能相当.     

机械合金化和放电等离子烧结制备AgPbSbTe热电材料

采用机械合金化和放电等离子烧结方法制备高性能AgPbSbTe热电材料,研究了制备工艺对材料热电性能的影响。结果表明,材料的物相组成和热电性能都受到机械合金化时间的影响;适当地控制放电等离子烧结工艺可以抑制晶粒长大,增加晶界散射,降低热导率。实验中得到AgPbSbTe热电材料的最大功率因子为18μW/K~2cm,最小热导率为1.1 W/m K。机械合金化(球磨4 h、转速350 r/m)并在673 K放电等离子烧结5 min,得到AgPbSbTe材料的最大热电优值ZT为1.2(700 K)。     

AgSn18SbTe20无铅中温热电材料的粉末冶金法制备工艺及其对性能的影响

研究了制备p型AgSn₁₈SbTe₂₀无铅热电材料的机械合金化(MA)结合放电等离子烧结(SPS)工艺, 调查了MA过程中球磨时间和SPS温度对材料电热传输性能和热电优值的影响, 分析了样品的物相和显微结构。研究表明, 适当延长球磨时间和降低烧结温度, 可以有效提高材料的热电性能。优化制备条件可以实现59%的性能提升, 最佳条件(球磨12 h、SPS温度743 K)下制备的样品ZT值在723 K达到0.62。     

Ag_2Te掺杂对p型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3块状合金热电性能的影响

采用真空熔炼、机械球磨及放电等离子烧结技术(SPS)制备得到了(Ag2Te)x(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x(x=0,0.025,0.05,0.1)系列样品,性能测试表明,Ag2Te的掺入可以显著改变材料的热电性能变化趋势,掺杂样品在温度为450~550K范围内具有较未掺杂样品更优的热电性能.适当量的Ag2Te掺入能够有效地提高材料的声子散射,降低材料的热导率.在测试温度范围内,(Ag2Te)0.05(Bi0.5Sb1.5Te3)0.95具有最低的晶格热导,室温至575K范围内保持在0.2~0.3W/(m·K)之间,在575K时,(Ag2Te)0.05(Bi0.5Sb1.5Te3)0.95试样具有最大热电优值ZT=0.84,相较于未掺杂样品提高了约20%.     

SPS制备AlN/BN复相陶瓷及其性能优化

采用放电等离子烧结技术(SPS),在1750～1850℃烧结制备出兼顾高热导率和优良可加工性能的AlN/BN复相陶瓷.结果表明,通过调节添加剂Y2O3的加入量,能够显著抑制BN对材料热传导性能的劣化作用,BN含量为25%(体积分数)时,热导率仍能达到120W/(m·K),与AlN单相陶瓷相比仅下降18.9%.在SPS制备条件下,添加不同量的Y2O3导致不同组成的Al-Y-O晶界相,随着Y2O3的增加,晶界相在烧结过程中大量挥发,致使Al-Y-O残留量减少,优化了材料的显微组织,有效地提高热传导性能.     

黄铜矿型三元合金CuGaTe2的热电性能

利用放电等离子烧结技术制备了三元半导体CuGaTe2。XRD分析结果表明,该半导体为单相化合物CuGaTe2,带隙宽度(Eg)约为1.0eV,与Ga2Te3(1.65eV)的带隙相比明显变窄。在701K时电导率达到1.6×104/(Ω.m)。电导率的显著提高与带隙变窄密切相关。晶格热导率占总热导率(κ)的主要部分,κ值由室温时的3.64W/(m.K)降低到701K时的1.1W/(m.K),并基本符合∞T-1关系,即声子散射基本受Umklapp过程控制。在701K时该三元化合物的最大热电优值ZT为0.49,而Ga2Te3在860K时的最大ZT值为0.16。     

制备工艺对n型Bi_2Te_3基材料热电性能和抗压强度的影响

以商用区熔(ZM)n型Bi2Te3基材料为原料,采用简单研磨结合放电等离子烧结技术(ZM+SPS)和熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结技术(MS+SPS)制备了n型Bi2Te3基块体热电材料.对三种不同工艺制备出样品的微结构、热电性能和力学性能进行了研究.FESEM微结构表征结果表明:区熔样品的晶粒粗大,有较强的取向性;经SPS烧结后,晶粒细化,取向性大为降低;而区熔样品经MS+SPS后,晶粒得到进一步细化,且没有明显的取向性.对三组样品进行的热电性能和抗压强度测试,结果表明:区熔原料最大ZT值为0.72(430K),抗压强度仅为40MPa;经SPS后,样品的最大ZT值为0.68(440K),抗压强度为110MPa,相比区熔样品提高了175%;MS+SPS样品的最大ZT值为0.96(320K),其室温ZT值相比区熔样品提高了64%,抗压强度相比区熔样品提高了400%,达到200MPa.     

高填充量BaxEuyCo4Sb12方钴矿热电性能研究（英文）

利用熔融法和等离子放电烧结(SPS)制备单相双原子填充BaxEuyCo4Sb12方钴矿材料并测试其高温热电性能。实验发现,在高填充量下(x+y>40%),材料在高温时具有高的功率因子(>60 W/(cm K2))。在方钴矿的晶格空洞中同时引入Ba和Eu两种填充原子,能增强晶格声子散射,从而大幅降低方钴矿的晶格热导。实验证实,BaxEuyCo4Sb12体系的晶格热导显著降低,其室温晶格热导最低达1.7 W/(m K)。与此对应的是双原子填充BaxEuyCo4Sb12方钴矿材料的热电优值(ZT值)明显增大,其中Ba0.19Eu0.23Co4Sb12的ZT值在850 K时达到了1.3。     

放电等离子烧结制备Diamond/Al复合材料

采用放电等离子烧结法（SPS）制备了Diamond/Al复合材料,研究了金刚石粒径、成分配比、工艺参数等对复合材料的导热性能的影响。结果表明,SPS可以得到导热性能较好的Diamond/Al复合材料,致密度是影响该材料导热性能的最重要因素。在实验确定的金刚石体积分数50%,金刚石粒径70 μm,温度550℃、压力30 MPa的工艺条件下,所制备的材料致密度较高,热导率为182 W/(m·K),比相同条件下纯铝粉烧结体的热导率提高了34.8%,表明金刚石的添加对烧结铝基材料导热性能有明显的改善作用。      

球磨时间对P型Bi2Te3基热电材料性能的影响

采用区熔法和机械球磨（MM）与放电等离子烧结（SPS）技术相结合制备P型Bi2Te3基热电材料。在300-423K的温度范围内测试了样品的电导率、Seebeck系数和热导率。系统研究了球磨时间对合金化与热电性能的影响。球磨10h的样品在室温时具有最低的热导率，因此其热电优值高于其它样品，在室温时达到最大值0．995。     

Preparation of In2O3-Sr2RuErO6 Composite Ceramics by the Spark Plasma Sintering and Their Thermoelectric Performance

In1.94Zn0.03Ge0.03O3 and Sr2RuErO6 composite ceramics have been prepared by the spark plasma sintering (SPS) technique. Microstructure studies show that the Sr2RuErO6 phases are randomly dispersed in the In1.94Zn0.03Ge0.03O3 matrix. The results show that the Seebeck coeffcient increases with increasing the amount of Sr2RuErO6, while the thermal conductivity of the composite samples is lower than that of the In1.94Zn0.03Ge0.03O3 ceramic. The thermal conductivity of the 7 vol.% Sr2RuErO6 sample can decrease to 2.15 W·m-1·K-1 at 973 K, and the evaluated maximum ZT value is 0.23 for 3 vol.% Sr2RuErO6 samples at 973 K, which makes them promising materials for the thermoelectric devices.     

Thermoelectric properties of porous zinc oxide ceramics doped with praseodymium

We evaluated praseodymium (Pr) doping effects on thermoelectric properties of porous zinc oxide (ZnO) ceramics. The low density ceramics composed of ZnO and an additive of Pr (0.5 and 0.1 mol%) oxide were prepared by sintering processes in different atmospheres (air and oxygen), where the additives were Pr₆O₁₁ known for phase transformations and the trioxide Pr₂O₃ with low valence state different from Pr₆O₁₁. Thermoelectric properties of the samples were measured between 313 K and 903 K. At high-temperature around 590 K, some samples showed a maximum of electrical resistivity. We discussed the origin of the maximum on the basis of carrier transport model on gas sensor and varistor. From the results, The maximum appearance was attributable to an interchange of carriers through defects complex closely related with enhanced zinc vacancies acceptor-like in the vicinity of grain boundaries (GB), where the defect complex seemed to be caused by Pr with valence state between 3+ and 3.78+ around GB. The doping Pr into ZnO matrix is expected to be advantageous to improve thermoelectric power.     

B掺杂Si80Ge20合金的快速制备及热电性能

采用电弧熔炼、快速球磨结合放电等离子烧结快速制备了单相Si80Ge20Bx(x=0.5、1、1.5、2)热电材料,对烧结后试样进行了物相结构分析和热电性能表征.结果表明,B的引入导致样品载流子浓度增加,电导率随着B掺量增加而大幅增加,而Seebeck系数反之下降.B的固溶增加试样中点缺陷浓度而导致声子散射增加,热导率下...     

Thermoelectric properties of Cu-added Zn–Sb based alloys with multi-phase equilibrium

The polycrystalline samples of Cu-added Zn–Sb based alloys with multi-phase equilibrium were prepared by spark plasma sintering and their microstructures and thermoelectric properties were evaluated. After Cu addition into Zn–Sb based alloys we observed a major phase ZnSb, β-Zn₄Sb₃, the second phase Cu₂Sb and remnant Zn. The ZnSb phase plays an important role in increasing Seebeck coefficient (α) and decreasing electrical conductivity (σ), and Cu₂Sb is of significance to the improvement of the thermoelectric performance. The thermal conductivities (κ) increase with Cu content, and are almost independent of temperature below 574 K. If in comparison with the highest ZT value (ZT = 0.48, at 654 K) of Zn₄Sb₃ prepared in the present work, we obtain the value of 0.7 for the alloy with a certain Cu concentration at the corresponding temperature.     

In2O3/InNbO4复合材料的热电性能研究

In₂O₃作为一种良好的光电和气敏材料, 因高温下具有优异的热电性能在热电领域也获得广泛关注。本研究通过固相反应法结合放电等离子烧结(SPS)成功将原位自生的InNbO₄第二相引入到In₂O₃基体中, 优化了块体样品的制备工艺。同时, InNbO₄改善了样品的电输运性能, 使载流子浓度明显提高, 在1023 K时电导率最高可达1548 S·cm^-1, 高于大多数元素掺杂的样品。其中, 0.998In₂O₃/0.002InNbO₄样品的热电性能测试表明, 在1023 K时, 其功率因子可达到0.67 mW·m^-1·K^-2, 热电优值(ZT)达到最高值0.187。综上所述, 通过在In₂O₃中原位复合InNbO₄第二相可以很好地改善In₂O₃基热电陶瓷的电性能, 进而调控其高温热电性能。     

Thermoelectric performance of SPS sintered [(Ca0.95M0.05)2CoO3][CoO2]1.61

The doped [(Ca_0.95M_0.05)₂CoO₃][CoO₂]_1.61 ceramics were sintered by the spark plasma sintering (SPS). The electrical conductivity, Seebeck coefficient and thermal conductivity of all samples were measured from 373 K to 973 K. The doped ions improve thermoelectric performance due to increase of Seebeck coefficient and decrease of thermal conductivity. Since the electrical resistivity of the Y-doped sample has no enhancement, the thermoelectric performance of the Y-doped sample is superior to that of the Gd-doped sample. The reason of the different effects on the thermoelectric performance comes from magnetic action.     

Ag掺杂SnSe化合物的制备及热电性能

SnSe是一种潜在的极具应用前景的热电材料。采用机械合金化结合放电等离子烧结的方法制备了Ag掺杂的Sn_1-xAg_xSe (0.005≤x≤0.03)多晶块体热电材料, 并借助XRD、SEM、电热输运测试系统研究了其物相组成、微结构与电热输运性能。XRD分析结果表明, 少量Ag(0.005≤x≤0.01)掺杂仍然能够成功制备出单相斜方结构SnSe化合物, 但随着Ag掺杂量的增加, 基体中出现SnAgSe₂第二相, 且第二相含量逐渐增加。掺杂Ag大幅度提高了载流子浓度, 从而使材料的综合电输运性能(功率因子)显著提高, 当Ag掺杂量x=0.02时, 功率因子提高至4.95×10^-4 W/(m·K²), 较未掺杂SnSe样品提高了36%。尽管掺杂样品的热导率均有小幅升高, 无量纲热电优值(ZT)仍获得一定改善。当Ag掺杂量x=0.02时, Sn_0.98Ag_0.02Se成分样品具有较高的热电优值, 并在823 K附近达到最高值0.82。     

快速急冷法对β-Zn_(4+x)Sb_3材料热电及力学性能的影响

β-Zn4Sb3是一种重要的中温热电材料,但其较差的力学强度和可加工性限制了其实际应用.本文采用熔体旋甩法结合放电等离子烧结技术快速制备了一系列具有高热电性能和高力学强度的β-Zn4+xSb3块体材料.通过调节Zn的含量,优化了其热电性能,随着Zn含量的增加,电导率增大,Seebeck系数有所下降,热导率增加.在700K时,Zn4.32Sb3样品的ZT值达到1.13,相比熔融法制备的样品提高了约40%.该制备方法所得到的样品具有极高的抗压强度,与熔融法制备的样品相比较,所有样品的抗压强度均提高了一倍以上,这种高热电性能和高力学强度的β-Zn4+xSb3块体材料具有很好的应用前景.