Bi掺杂量对Mg-Si-Sn-Bi材料热电性能的影响

利用粉末冷压成型及真空烧结制备了不同Bi掺杂量的Mg-Si-Sn-Bi材料,并对制备材料组成和热电性能进行研究.结果表明,制备材料由Mg2Sn、Mg2Si和Mg2(Si,Sn)固溶体相组成.随测试温度的增加,制备材料的电阻率都急剧减小,这是典型的半导体特征.在研究范围内,掺杂Bi元素含量增加,制备材料的电阻率开始逐渐减小,但Bi掺杂量增加到一定值后,材料的电阻率又增加,而且掺杂后的材料电阻率都低于未掺杂的.制备材料的Seebeck系数是负值,表明这些材料都为n型半导体.对于掺杂Bi的材料,随着测试温度由室温增加到730 K,测得的Seebeck系数绝对值开始时轻微增加,约在240～270 K达到最大值,再随着温度增加,Seebeck系数绝对值又显著单调减小.对于掺杂Bi元素的材料,随Bi掺杂量的增加,Seebeck系数的绝对值先减少后增加,这是掺杂造成载流子浓度增加和散射过程加大相互竞争的结果.掺杂Bi的Mg-Si-Sn材料的功率因子都高于未掺杂的材料,且Bi掺杂量增加,制备材料的功率因子显著增加.对于1.29at; Bi和1.63at; Bi掺杂量的材料,功率因子分别在500 K和530 K存在一个极大值.     

Ti掺杂的CrSi2纳米薄膜的微结构和热电性能

利用高真空磁控溅射设备并顺序沉积Cr、Ti和Si层并随后在500℃真空退火6h,在Si(100)衬底上,获得不同Ti掺杂量的CrSi2薄膜.场发射扫描电镜观察表面形貌显示,沉积薄膜具有7～8 nm的晶粒且尺寸比较均匀,Ti含量增加,晶粒尺寸略有增加;X射线衍射谱显示沉积薄膜具有单一CrSi2点阵(111)晶面择优取向,在1.16at;到1.74at;的Ti含量范围内,随Ti含量的增加,CrSi2纳米薄膜的(111)择优取向的程度下降,同时,Ti含量增加,薄膜CrSi2点阵常数增加,这表明Ti在CrSi2晶体中以替位形式存在.随着Ti含量增加,沉积薄膜的霍尔系数降低,空穴浓度增加,同时薄膜空穴载流子的迁移率和Seebeck系数单调下降;受空穴浓度增加和迁移率降低的影响,随Ti含量增加,沉积薄膜电导率和功率因子呈现先增加达到最大值后又下降的趋势.     

Sn1-x-yMnxSbyO2体系固溶体的相关系及形成机制

本文采用化学共沉淀法制备一系列配比的三元 Sn1-x-yMnxSbyO2(y=0.05)固溶体,利用 XRD、TG-DTA 等分析了在 600～1000℃退火温度下的固溶体物相组成,并根据分析结果绘制了该固溶体在固相线下的相图,进而探讨了 Sn1-x-yMnxSbyO2(y=0.05)固溶体的形成机制.结果表明:在600～1000℃退火温度下,Sn0.9Mn0.05 Sb0.05O2 固溶体只存在四方金红石相的SnO2物相,锑和锰主要以Sb5+、Mn3+、Mn4+的形式进入SnO2晶格形成有限固溶体;Sn0.7Mn0.25Sb0.05O2 和 Sn0.6Mn0.35Sb0.05O2 固溶体在 700℃、800℃出现了立方相方铁锰矿型 Mn2O3,1000℃出现了四方相黑锰矿型 Mn3O4,Sn0.6Mn0.35Sb0.05O2 固溶体在1000℃时还出现Sb3+Sb5+O4 物相;固相线下 Sn1-x-yMnxSbyO2(y=0.05)固溶体相图包括六个区域,其中富含锡的(Sn,Mn,Sb)O2ss 区域是唯一的单相区,锰和锑主要分别以 Mn2O3 和Sb2O5 的形式溶入 SnO2 晶格中,并达到饱和.(Sn,Mn,Sb)O2ss 固溶体氧化物可作为良好导电性和耐腐蚀性的阳极中间层材料.     

Ge覆盖层诱导晶化多晶Si薄膜的晶化特性研究

采用电子束蒸发技术在衬底温度为180℃条件下生长具有Ge覆盖层的非晶Si薄膜,并于500℃、600℃、700℃真空退火5h.采用Raman散射、X射线衍射(XRD)、全自动数字式显微镜等对所制备薄膜的晶化特性进行研究.结果表明,Ge覆盖层具有诱导非晶Si薄膜晶化的作用,且随着退火温度的升高a-Si薄膜晶化越显著.具有Ge覆盖层非晶薄膜经500℃退火5h沿Si(400)方向开始晶化,对应晶粒尺寸约为4.9 nm.将退火温度升高到700℃时,非晶硅薄膜几乎全部晶化,晶化多晶Si薄膜在Si(400)方向表现出很强的择优取向特性,晶粒尺寸高达23.3μm.与相同条件下制备的无Ge覆盖层的非晶Si薄膜相比,晶化温度降低了300℃.     

硅锗合金Seebeck系数影响因素的研究

作为一种洁净能源,硅锗合金的热电转换性能的研究越来越受到人们的重视.本文重点研究了不同Ge浓度的硅锗合金以及Si、Ge单晶在300～1100K温度范围内,Seebeck系数随温度的变化.并对组分相同导电类型不同、晶向不同以及结晶状态不同的样品的Seebeck系数进行了比较.在研究温度区间,Seebeck系数的绝对值大小一般在200～600μV/K之间,随温度不同连续变化.通过对比发现SiGe合金的Seebeck系数大小不仅与Ge的浓度和温度有关,其他因素对其绝对值也有影响,其中晶向最为明显,表现出了明显的各向异性.此外,材料本身的电阻率除了作为一个热电参数影响最优值外,其大小还对Seebeck系数的绝对值有影响,即掺杂济浓度对Seebeck系数的影响.     

nc-Si∶(Al_2O_3+SiO_2)复合膜的制备及其热电特性

采用真空热蒸发技术在石英玻璃衬底上蒸镀约400 nm的铝膜,并在空气中580℃的条件下退火1 h。在退火过程中Al与石英中的SiO2反应形成纳米硅nc-Si∶(Al2O3+SiO2)复合膜。利用X射线衍射(XRD)、拉曼散射(Raman)及扫描电镜(SEM)等方法研究了薄膜的结构特性。测得膜厚约为760 nm,估算出薄膜中纳米硅(nc-Si)的平均尺寸约为25 nm。实验发现该nc-Si∶(Al2O3+SiO2)复合膜有热电特性,研究了其电阻率及Seebeck系数随温度(293~413 K)的变化关系,在293 K和413 K该薄膜的Seebeck系数分别约为-624μV/K和-225μV/K。     

常压烧结Mg2SiO4-SiC复相材料的微波衰减性能

以Mg2SiO4和SiC为原料,Al2O3-BaO-SiO2作为复合烧结助剂,H2气氛下在1450℃下保温1h常压烧结制备出了Mg2SiO4-SiC复相微波衰减材料;采用X射线衍射、扫描电子显微镜对复相材料的相组成、显微结构进行表征.研究了SiC添加量对复相材料X波段(8～ 12 GHz)微波衰减性能的影响.结果表明:通过加入一定量的Al2O3BaO-SiO2复合烧结助剂能有效促进烧结致密化,复相材料的显气孔率均在0.5;以下;SiC含量从0增加到10;,复相材料谐振频率由11.8 GHz递减到10.0 GHz,衰减峰值的绝对值由3.62 dB递减到1.18 dB,有效衰减带宽由0.48 GHz递增到1.03 GHz,随着SiC含量的增加,谐振频率向低频移动,衰减峰绝对值降低,有效衰减带宽增大.     

Fe_3Al金属间化合物的机械合金化制备

采用钢球为研磨球,以单质Fe、Al为原料,对不同配比的Fe-Al混合粉体在无保护气氛和非真空条件下进行机械球磨,获得了Fe(Al)超饱和固溶体,对其进行真空退火制备了Fe3Al金属间化合物。XRD和DSC分析表明:在球磨大约10 h以后,粉体中单质Al的数量开始减少,且随着球磨时间的延长,这种趋势更加明显;球磨80 h后,粉体中单质Al已全部固溶于Fe中,形成了Fe(Al)超饱和固溶体。这说明在无保护气氛和非真空条件下机械合金化法可以制得较纯的Fe3Al金属间化合物。     

Al掺杂Ⅷ型Sn基单晶笼合物载流子调制对其热电传输特性的影响

本文采用Sn自熔剂法,通过调节Ga的起始含量(Ba∶ Ga∶ Al∶ Sn =8∶x∶6∶50;x=10,20,30)实现对载流子进行调制,制备出具有p型和n型传导的Ⅷ型Sn基单晶笼合物,并对其结构和热电特性进行研究.研究结果表明,随着Ga起始含量的增加,Al在化合物中的固溶度减小,材料的晶格常数也随之减小;x=10的样品Seebeck系数全部为负值,x=30的样品Seebeck系数全部为正值,而x=20的样品在450 K后由于本征激发Seebeck系数显著降低,在550 K附近由p型传导转变为n型传导;室温下具有p型传导的化合物具有较高的载流子浓度,但其迁移率显著降低,从而导致其相应的化合物具有较高的电阻率,因此通过对Ga起始含量的改变能够对化合物的载流子实现有效调控;此外,在300 ～600 K内均具有p型传导的样品室温下的载流子有效质量较n型样品的高;通过估算的热导率κ、实测电阻率和Seebeck系数,计算出x=30的p型单晶样品在457 K处获得最大ZT值0.86.     

添加纳米固体润滑剂的自润滑陶瓷材料高温摩擦磨损性能研究

采用真空热压烧结工艺制备了一种添加纳米固体润滑剂CaF2的自润滑陶瓷材料,研究其在室温25℃到600℃环境下与40Cr钢销干摩擦时的摩擦磨损性能.结果表明:自润滑陶瓷材料的摩擦系数与磨损率随环境温度的升高而逐渐降低,600℃时摩擦系数降低到0.21,磨损率降低到2.4×10-6 mm3/N·m.常温下自润滑陶瓷材料的磨损机理是磨粒磨损,高温环境同时存在磨粒磨损和粘着磨损.高温环境下摩擦表面纳米CaF2含量的增加和固体润滑膜的形成是摩擦磨损性能改善的主要原因.