P型Yb_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物的制备及热电性能

采用熔融法制备了P型填充式方钴矿化合物Yb_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12),并研究了Co位Fe掺杂对该化合物热电传输特性的影响.在300～850 K的温度范围内,测试了化合物的电导率、赛贝克系数和热导率.结果表明,化合物的主要相组成为Yb_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12),EPMA结果显示化合物中含有微量FeSb_2和CoSb_2杂质相.化合物的赛贝克系数均为正值,表明为p型半导体.随着Fe掺杂量的增加,化合物的电导率增加,晶格热导率降低,最小室温晶格热导率仅为1.33 W·m~(-1)K~(-1),对于化合物Yb_0.29Fe_1.2Co_2.8Sb_(12),在800 K时获得最大热电优值ZT约为0.67.     

部分填充Skutterudite化合物La_yCo_(4-x)Fe_xSb_(12)与未填充Skutterudite化合物Co_(4-x)Fe_xSb_(12)的制备及热电性能(英文)

采用机械合金化-热压成形-退火工艺制备了部分填充Skutterudite化合物LayCo4-xFexSb12（x≤1,y≤1）,对比研究了填充化合物LayCo3.5Fe0.5Sb12与未填充化合物Co3.5Fe0.5Sb12的热电性能。结果表明,稀土元素La的填充使热导率显著下降,但同时也降低了功率因子,导致材料热电优值上升不大。因此,要提高材料热电优值,还须优化材料电性能。     

P型Sr0．5Co4-xFexSb12化合物的制备及高温热电性能

采用熔融法结合放电等离子烧结（SPS）技术合成了P型填充方钴矿化合物Sr0．5Co4-xFexSb12，并研究了Fe掺杂对该化合物高温热电性能的影响。采用X．射线衍射（XRD）及电子探针（EPMA）表征了化合物的物相及化学成分，在300～850K温度范围内测试了化合物的电导率、赛贝克系数和热导率，采用Vande Pauw方法测试了化合物的室温载流子浓度。实验结果表明，化合物的主要相组成为Sr0．5Co4-xFexSb12方钴矿相，同时含有少量FeSb2和CoSb2杂质相。化合物的赛贝克系数均为正值，表明为空穴导电。随着Fe掺杂量的增加，化合物的载流子浓度及电导率增加，赛贝克系数降低，晶格热导率降低，最小室温晶格热导率为1．97 Wm^-1K^-2。对于化合物Sr0．5Co2.32Fe1.68Sb12在850K时获得的最大热电性能指数ZT约为0．60。     

制备方法对NixCo4-xSb12化合物结构和热电性能的影响

分别采用固相反应-放电等离子体烧结法（SR-SPS）和球磨-放电等离子体烧结法（MG-SPS）两种方法，系统研究了制备工艺对NixCo4-xSb12（x=0.1-0.5）化合物结构和热电性能的影响规律。研究表明：两种制备工艺对于化合物的物相结构及赛贝克系数的影响差异不大，但在Ni含量较低的情况下，SR-SPS的制备工艺增大了材料的电阻率和晶粒尺寸，使材料热导率增加，从而导致热电性能的降低；与SR-SPS相比，MG-SPS方法不但简便快捷，降低能耗，更有利于材料热电性能的提高；本实验范围内，采用MG-SPS方法制备的Ni0.2Co3．8Sb12烧结体在温度T=-773K时，其无量纲热电性能指数ZT达到了0．6。     

铁-镍双掺杂方钴矿的合成与热电性能

采用微波加热合成结合放电等离子体烧结制备了铁-镍双掺杂方钴矿Co_(3.8-x)Fe_xNi_(0.2)Sb_(12) (x=0.05, 0.10, 0.15, 0.20)块体材料,并对其物相组成、晶粒尺寸、元素分布、热电性能等进行了系统研究。X射线衍射分析表明,样品X射线衍射峰与单相CoSb_3相符;场发射扫描电镜分析表明,样品晶粒尺寸为1～3μm、平均尺寸为1～2μm,各元素均匀分布;电性能分析表明,Ni/Fe双掺杂对电输运性能有进一步改善,最高功率因子为2.667×10~3μW·(m·K~2)~(-1);热性能分析表明,Fe掺杂对晶格热导率影响较小,晶格热导率与晶粒尺寸有关,主要热输运机制为晶界散射,Co_(3.65)Fe_(0.15)Ni_(0.2)Sb_(12)的最小晶格热导率为2.8 W·(m·K)~(-1)。Co_(3.7)Fe_(0.1)Ni_(0.2)Sb_(12)在773 K获得最大热电优值0.50,显著高于传统方法制备的Ni/Fe单掺杂或者双掺杂样品。     

REy（Fe／Ni）xCO4-xSb12化合物的原位反应合成及热电性能

采用放电等离子烧结（sps）技术在800～1000K温度范围内，原位反应合成了以ce，La作为填充原子及Ni，Fe作为置换原子的填充式方钴矿化合物REy（Fe／Ni）xCO4xsb12（x=0～1．0，y=0～0．4）。系统研究了填充原子的种类、填充方式以及置换原子的种类对晶格热导率及热电性能的影响。结果表明，在Co位置上Fe或Ni的置换，能显著降低其晶格热导率，与Fe相比，Ni对晶格热导率的影响更显著。在Skutterudite结构sb组成的二十面体空洞填充ce，La原子可以显著降低其晶格热导率，在填充分数相同时，两种稀土原子复合填充较单一原子填充更能有效降低晶格热导率。电导率随ce，La填充分数的增加而降低，Seebeck系数随填充分数的增加而升高。填充分数为0．3的ce0.1La0.2FeCo3Sb12化合物具有最低的晶格热导率和最大的zT值，在800K时达0．6左右。     

SnTe热电材料的制备与性能

采用球磨和快速热压的方法制备了SnTe样品。通过改变球磨时间来控制SnTe样品的晶粒大小,再通过改变Sn含量来填补Sn的本征空位,来实现载流子浓度的调控,研究了不同的球磨时间及成分对SnTe材料热电性能的影响。结果表明:控制球磨时间可有效地控制SnTe材料晶粒的大小,降低其晶格热导率;添加适当过量Sn的样品,空穴载流子浓度大幅下降,其低温段的性能得到了大幅度的提升;当Sn的摩尔比过量3%时,空穴载流子浓度下降到2.2×10~(19) cm~(-3)。SnTe材料的热电优值(ZT)在500℃时达到0.76,略高于相同温度下文献所报道。由于本文材料低温段热电性能的大幅优化,其PF_(eng)和ZT_(eng)值显著提高。     

N型和P型Si80Ge20合金制备及热电性能

对N型Si80Ge20(P4)x及P型Si80Ge20Bx固溶体合金的化学计量比进行了研究,采用已总结出的最佳工艺条件,制备了一系列N型、P型固溶体合金,并比较了各系列样品的热电性能.结果表明,x=1.5的N型Si80Ge20(P4)x固溶体合金具备良好的热电性能,与未掺杂Si80Ge20固溶体合金相比,最高热电优值ZT为0.651,提高了3.34倍.x=1.5的P型Si80Ge20Bx固溶体合金也具备较佳的热电性能,最高热电优值(ZT)值为0.538.     

Ge掺杂Zintl相化合物YbZn2Sb2-xGex的制备及其热电性能

通过熔融反应法结合放电等离子体烧结技术,制备了Ge掺杂的系列样品YbZn2Sb2-xGex(0.0≤x≤0.4)。研究了从300~700 K温度区间的热电输运性能以及低温热容量。结果表明,样品的电导率、Seebeck系数、热导率、ZT值都跟Ge的含量有关。Ge部分取代Sb,提高了体系的空穴载流子浓度,从而降低了电阻率,并且适量的Ge取代能够有效地提高功率因子。Ge的引入,使得样品晶格中原子质量波动增大,加强了对声子的散射,其中x=0.1时,样品YbZn2Sb1.9Ge0.1的热电优值在700 K时达到0.45,比YbZn2Sb2的ZT值高了55%。并且,由ZT-T曲线的趋势判断,其在温度高于700 K时可能具有更高的ZT值。     

Haif-Heusler型金属间化合物的有序结构及热电性能

据日本东京工业大学大学院木村好里介绍,在Half-Heusler型金属间化合物当中,从安全和价格考虑,最佳选择是TiNiSn和ZrNiSn三元包晶金属间化合物。具有优良n-极热电特性的ZrNiSn,使Co和Ir固溶进入空穴节点,这种控制晶格缺陷的方法可使其转变为具有P～极热电特性的金属间化合物,同时热导性也有所降低。这种金属间化合物由于具有半金属特性,可作为自旋电子学材料。同时由于兼具铁磁性和马氏体相变特性,可利用形状记忆效应,制成磁驱动的致动器材料。     

NiSe_2块体材料的制备及热电性能研究

结合机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)工艺制备了NiSe_2块体热电材料。研究了MA球磨时间和SPS烧结温度对NiSe_2热电材料的物相、显微组织以及电热传输性能的影响。结果表明:当转速为425 r/min,球磨40 h后合成了约45 nm的NiSe_2纳米粉体。NiSe_2粉体是一种直接禁带半导体,禁带宽度为2.653 eV,其块体呈n型导电特征。烧结温度为773 K时,NiSe_2块体材料在323 K获得最大功率因子101μW·m~(-1)·K~(-2),热导率为7.5 W·m~(-1)·K~(-1),最大ZT值为0.0045。     

纳米碲化铋化合物的溶剂热合成与热电性能

采用溶剂热法合成纳米结构碲化铋化合物,初始原料为氯化铋、亚碲酸钠、氢氧化钠、表面活性剂EDTA二钠,以及还原剂硼氢化钠。将初始原料的混合水溶液经过不同的预处理,在453 K热处理后得到黑色粉末产物,用水和乙醇多次洗涤、真空干燥后,得到形貌各异的纳米碲化铋化合物粉体。粉体的形貌与合成过程和表面活性剂有关,论文对三者的相互关系和影响机理进行了分析和探讨。所得纳米碲化铋粉体经SPS烧结制备成块体,其综合热电性能优于商用碲化铋块体材料,300 K时的ZT值为0.958。     

SiC／CoSb3复合热电材料的制备及热电传输特性

以Co、Sb粉体为原料，利用机械合金化（MA）和放电等离子烧结（SPS）法制备SiC／CoSb3复合热电材料。采用X-射线衍射法确定机械合金化粉末和SPS烧结块体的相组成，用透射电子显微镜（TEM）观察粉体形貌和块体的显微结构。在300～800K范围内测量了复合热电材料的电阻率、塞贝克系数和功率因子，研究了纳米SiC颗粒的添加对复合材料热电性能的影响。研究结果表明，SiC颗粒的引入使复合材料的电阻率降低，功率因子提高。在680K时0．1vol％SiC／CoSb3复合材料的功率因子比单相CoSb3热电材料提高了约100μW／m·K^2。     

CaS：Eu，Sm的微波合成与发光性能研究

采用微波合成法快速合成了红外光激励发光材料CaS：Eu，Sm。研究了输出功率对样品发光性能的影响，Eu，Sm双掺杂离子的不同掺杂浓度对发光性能的影响（确定了最佳掺杂浓度），不同助熔剂对发光性能的影响。XRD测试结果表明，CaS：Eu，Sm样品为面心立方结构；SEM照片显示样品粒径在400～500nm范围内；光谱分析表明，样品的红外光激励发光响应范围位于800-1600nm，上转换发光峰值位于655nm，对应于Eu^2＋离子4f^65d→4f^7（^8S7/2）跃迁。     

Fe—Sm—Si热电合金的电学特性

采用悬浮熔炼法制备了Fe-Sm-Si热电合金材料,并研究了其电学输运特性。实验表明:在Fe1-xSmxSi2合金中,Sm为n型掺杂元素,Sm轻掺杂时,试样仍为p型,随着Sm量的增加,试样的Seebeck系数和功率因子都降低;Sm含量x 0.4的高Sm硅化物试样为n型,其中,热电性能最好的试样成分为Fe0.6Sm0.4Si2,其电阻率在10-5W穖数量级,而Seebeck系数仍达到80 mV稫-1左右。其机理被认为是由于Sm的4f层电子的贡献。     

Fe－Co－Si－Cu热电材料的输运特性

采用真空悬浮熔炼和真空退火方法制备了Fe1-xCoxSi2-0．1at％Cu热电材料。试样的微观组织中包含大量尺寸在1μm左右的小孔和一些裂纹。输运特性测量结果表明，550K时掺杂载流子的热激发达到饱和，700K以上发生本征激发现象。实验发现Co的最佳掺杂量为lat％左右，名义组成为Fe0.97Co0.03Si2-0．1at％Cu的试样的热电性能最好。     

SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料的组织与性能研究

通过真空熔炼、球磨制粉、冷压成形和常压烧结制备具有高热电优值的p型SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料。研究了Sn含量对SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能的影响。结果表明：SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构为R-3m空间群斜方晶系的六面体层状结构;添加合金元素Sn,Bi0.5Sb1.5Te3基热电材料产生大量的纳米结构缺陷。合金元素Sn含量增加, SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料载流子浓度和DOS有效质量增加,有效地提高电导率和功率因子;同时声子散射增强,显著地降低晶格热导率。在300K时,Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的功率因子达3.10 mW?m-1?K-2,晶格热导率为0.358 W?m-1?K-1,ZT值为1.25。并且在300～400 K温度范围内,Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的ZT值为1.25～1.33。