过量Zn对β-Zn4Sb3热电性能影响的研究

采用真空熔融缓冷方法制备了单相β-Zn₄Sb₃以及含有过量Zn的β-Zn₄Sb₃块体热电材料.在300—700K的温度范围内测试了材料的电导率、Seebeck系数和热导率，研究了β-Zn₄Sb₃化合物中过量Zn的分布状态及其对材料热电性能的影响规律.结果表明：过量的Zn作为第二相较均匀的分布在β-Zn₄Sb₃的晶界上，随着Zn含量增加，材料电导率和热导率上升，Seebeck系数下降，Zn第二相的引入能有效提高材料的功率因子，Zn过量2at%的材料在700K时其ZT值达到1.10. 关键词： 4Sb₃')" href="#">β-Zn₄Sb₃ 电导率 Seebeck系数     

Zn掺杂P型Ba8Ga16ZnxGe30-x笼合物的合成及热电性能

用熔融法结合放电等离子烧结方法合成了Zn掺杂单相p型Ge基Ⅰ型笼合物Ba8Ga16ZnxGe30-x(x=3,4,5,6),探索Zn取代Ge对其热电性能的影响规律,结果表明:所制备的Ba8Ga16ZnxGe30-x化合物为p型传导,随Zn取代量x的增加,化合物室温载流子浓度Np逐渐增加,室温载流子迁移率μH和电导率逐渐降低.在所有试样中,Ba8Ga16Zn3Ge27化合物的Seebeck系数α在300—870K内始终最大,温度为300K时Seebeck系数为234μV/K,在700K附近达295μV/K.化合物的热导率随Zn取代量x的增加而降低.Ba8Ga16Zn3Ge27化合物在806K最大ZT值达0.38.     

晶粒尺寸对CoSb3化合物热电性能的影响

系统地研究了晶粒尺寸对CoSb3化合物热电性能的影响规律,结果表明晶粒尺寸对CoSb3化合物的晶格热导率κp、电导率σ、能隙宽度Eg和Seebeck系数α有显著影响.当晶粒尺寸由微米尺度减小到纳米尺度时,晶格热导率κp显著降低,Seebeck系数α有较大幅度的增加,能隙宽度Eg变宽,电导率σ有一定程度的下降.平均晶粒尺寸为200nm的CoSb3化合物在温度为700K时,ZT值达到0.43,比平均晶粒尺寸为5000 nm的试样增加了4倍.     

Zn掺杂n型笼合物Ba8Ga16-2xZnxGe30+x的热电传输特性

用高温熔融结合放电等离子烧结法制备了Zn掺杂单相n型Ba8Ga16-2xZnxGe30 x笼合物,探索了Zn对Ga的取代对其热电传输特性的影响规律.研究结果表明,n型Ba8Ga16-2xZnxGe30 x化合物的电导率随着x的增加逐渐增大,Seebeck系数随着x的增加而逐渐减小.当Zn完全取代Ga时,Ba8Zn8Ge38化合物的电导率反而急剧下降,Seebeck系数显著增大.Ba8Ga16-2xZnxGe30 x化合物的载流子迁移率随着温度的升高而降低,当Zn掺杂后,化合物的载流子迁移率有一定的增加,随着x的增加而逐渐增大.Ba8Ga16-2xZnxGe30 x化合物的热导率和晶格热导率变化规律类似,随着x的增加先减小后增大.在所有n型Ba8Ga16-2xZnxGe30 x笼合物中,Ba8Ga8Zn4Ge34化合物的ZT值最大,在1000 K时其最大ZT值达0.85.     

方钴矿化合物FexCo4-xSb12的高温高压合成及其电输运特性研究

采用高压合成技术,在1.5 GPa,900 K的合成压力和温度条件下成功合成出了系列Fe置换掺杂型方钴矿化合物FexCo4-xSb12 ,其中x＝ 0,0.2,0.6,0.8. 详细研究了FexCo4-xSb12 样品在300 K ~ 700 K温度范围内的电阻率、Seebeck系数和功率因子（S2σ）随温度和Fe掺杂量的变化关系. 研究结果表明：在测试温度范围内,随着温度的升高,样品的电阻率和Seebeck系数逐渐增大. 随着Fe含量的增加,样品的电阻率和Seebeck系数先增加后减小. 与常压下相同样品比较,高压合成方法制备的样品的电学输运特性有了明显的提高. 上述研究结果表明,高压合成技术在制备热电材料方面能够有效地提高样品的电输运特性.     

Ⅰ型锗基笼合物Ba8Ga16-xSbxGe30的合成及热电性能

用高温熔融结合放电等离子烧结(SPS)方法合成了Sb掺杂的单相n型Ba8Ga16-xSbxGe30化合物,探索了Sb对Ga的取代对其热电性能的影响规律.研究结果表明随着Sb取代分数x的增加,Seebeck系数逐渐降低,Seebeck系数峰值对应的温度向低温方向偏移.电导率随着x的增加先增大后减小,当x=2时达到最大值.Sb取代Ga后对化合物的热性能有较大影响,其热导率和晶格热导率都有不同程度的降低.在所有n型Ba8Ga16-xSbxGe30化合物中,Ba8Ga14Sb2Ge30化合物的ZT值最大,在950 K左右其最大ZT值达1.1.     

熔体旋甩工艺对n型InSb化合物的微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩结合放电等离子烧结技术制备了单相InSb化合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响. 结果表明,熔体旋甩得到的薄带自由面主要由300 nm—2 μm的小柱状晶组成,薄带接触面为非晶或精细纳米晶,薄带经烧结后得到了具有大量层状精细纳米结构的致密块体,尺寸约为40 nm. 与熔融+放电等离子体烧结制备样品相比,在测试温度范围内（300—700 K）,试样的电导率略有下降,但Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低,室温下晶格热导率降低幅度约为106%,700 K下晶格热导率的降低幅度达1664%,熔融+熔体旋甩+放电等离子体烧结制备的InSb化合物试样在700 K时其最大ZT值达到049,与熔融+放电等离子体烧结试样相比提高了29%.     

含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性

目前对宽禁带半导体热电材料的研究开始升温, 原因是本征情况下宽禁带半导体往往具有低的热导率和高的Seebeck系数. Ga₂Te₃ 是一类带有缺陷的宽禁带半导体, 其在临界温度680± 10 K和757± 10 K处会参与共析转变和包晶反应, 因此会产生反应热. 本次工作采用少量的S元素等电子替换Ga₂Te₃中的Te元素, 观察到在临界温度附近热焓的变化, 但没有相变发生. 受热焓变化的影响这类材料在临界温度附近出现了较活跃的声电输运行为, 具体表现为热容和Seebeck系数(α)明显增大及热扩散系数(热导率)和电导率下降. 例, 对于x=0.05的材料, 其α值从596 K 时的376.3(μV·K^-1)迅速增大到695 K时的608.2(μV·K^-1), 然后又随温度升高到764 K时迅速降低到213.8(μV·K^-1). 在596 K到812 K范围, Seebeck系数和电导率几乎随温度均呈Z字形变化. 这些输运行为的变化揭示了在Ga₂Te₃基半导体中声子和载流子的临界散射特点, 这种临界散射特征对以后的继续研究具有重要的参考价值.     

熔体旋甩工艺对Zn掺杂Ⅰ-型Ba8Ga12Zn2Ge32笼合物微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了单相Zn掺杂的I-型Ba8Ga12Zn2Ge32笼合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响.结果表明,MS得到的薄带自由面主要由300 nm-1 μm的小立方体单晶组成,薄带经SPS烧结后得到了具有大量层状精细结构的致密块体.与熔融+SPS工艺制备的试样相比,熔融+MS+SPS制备的Ba8Ga12Zn2Ge3笼合物室温载流子浓度增加而迁移率降低,在测试温度范围内,试样的电导率略有下降,Seebeck系数增加,热导率和晶格热导率显著降低,900 K时其晶格热导率从1.06 W/mK降低至0.42W/mK.熔融+MS+SPS制备的Ba8Ca12Zn2Ge32笼合物试样在900 K时其最大ZT值达到0.90,与熔融+SPS试样相比提高了75%.     

热压工艺参数对n型和p型Bi2Te3基赝三元热电材料电学性能的影响

通过熔炼/研磨/热压方法制备了n型和p型赝三元Bi₂Te₃基的热压合 金样品，测量了由不同工艺参数(热压温度、热压压力)制备的样品Seebeck系数和电导率.分析了热压参数对热电性能产生的影响.特别是发现了增加热压压力和热压温度会使n型和p型热压样品的Seebeck系数和电导率都有所提高，这与单晶和取向晶体材料的Seebeck系数和电导率变化趋势相反的规律显然不同，其结果对热压样品的电学性能提高有积极的影响. 关键词： 热电材料 热压 Seebeck系数 工艺参数     

非等电子Sb替换Cu和Te后黄铜矿结构半导体Cu_3Ga_5Te_9的热电性能

热电材料是一类能够实现热与电相互转换的功能材料,在制冷和发电领域极具应用潜力.本文采用金属Sb元素非等电子替换Cu3Ga5Te9化学式中的Cu和Te,观察到材料Seebeck系数和电导率提升的现象.这些电学性能的改善与载流子浓度和有效质量的增大及迁移率基本维持不变有关.载流子浓度的提高是由于Sb原子占位在Te晶格位置后费米能级进入到价带所产生的空穴掺杂效应所致,同时也与Cu含量减少后铜空位(V-1Cu)浓度增大相关联.另外,非等电子替换后,阴离子(Te2-)移位导致了晶格结构缺陷参数u和η的改变,其改变量fiu和fiη与材料晶格热导率(κL)的变化密切相关.在766 K时,适量的Sb替换量使材料的最大热电优值(ZT)达到0.6,比Cu3Ga5Te9提高了近25%.因此,通过选择替换元素、被替换元素及替换量有效地调控了材料的电学及热学性能,在黄铜矿结构半导体中实现了非等电子元素替换改善热电性能的思想.     

熔体旋甩工艺对n型InSb化合物的微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩结合放电等离子烧结技术制备了单相InSb化合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响. 结果表明,熔体旋甩得到的薄带自由面主要由300 nm—2 μm的小柱状晶组成,薄带接触面为非晶或精细纳米晶,薄带经烧结后得到了具有大量层状精细纳米结构的致密块体,尺寸约为40 nm. 与熔融+放电等离子体烧结制备样品相比,在测试温度范围内（300—700 K）,试样的电导率略有下降,但Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低,室温下晶格热导率降低幅度约为106%,700 K下晶格热导率的降低幅度达1664%,熔融+熔体旋甩+放电等离子体烧结制备的InSb化合物试样在700 K时其最大ZT值达到049,与熔融+放电等离子体烧结试样相比提高了29%. 关键词： 熔体旋甩 n型InSb化合物 微结构 热电性能     

热压工艺参数对n型和P型Bi2Te3基赝三元热电材料电学性能的影响

通过熔炼/研磨/热压方法制备了n型和p型赝三元Bi2Te3基的热压合金样品,测量了由不同工艺参数(热压温度、热压压力)制备的样品Seebeck系数和电导率.分析了热压参数对热电性能产生的影响.特别是发现了增加热压压力和热压温度会使n型和p型热压样品的Seebeck系数和电导率都有所提高,这与单晶和取向晶体材料的Seebeck系数和电导率变化趋势相反的规律显然不同,其结果对热压样品的电学性能提高有积极的影响.     

I型锗基笼合物Ba8Ga16-xSbxGe30的合成及热电性能

用高温熔融结合放电等离子烧结（SPS）方法合成了Sb掺杂的单相n型Ba8Ga16-xSbxGe30化合物，探索了Sb对Ga的取代对其热电性能的影响规律．研究结果表明：随着Sb取代分数x的增加，Seebeck系数逐渐降低，Seebeck系数峰值对应的温度向低温方向偏移．电导率随着x的增加先增大后减小，当x=2时达到最大值．Sb取代Ga后对化合物的热性能有较大影响，其热导率和晶格热导率都有不同程度的降低．在所有n型Ba8Ga16-xSbxGe30化合物中，Ba8Ga14Sb2Ge30化合物的ZT值最大，在950K左右其最大ZY值达1．1．     

Sm填充型方钴矿化合物的高温高压合成及电输运特性研究

利用高温高压方法在2 ~ 5.0 GPa和900 K的合成条件下成功合成出系列立方相Sm填充型方钴矿化合物SmxCo4Sb12 ( x= 0.2, 0.6, 0.8 ) 体热电材料,并系统地研究了合成压力及不同的Sm填充分数对其室温下的电输运特性（电阻率、Seebeck系数、功率因子）的影响. 研究结果表明, Sm填充型方钴矿化合物SmxCo4Sb12为n型半导体. 在不同压力下,随着Sm填充分数的增加,Seebeck系数的绝对值和电阻率均呈现降低趋势. 在2 GPa,900 K条件下合成的Sm0.8Co4Sb12化合物功率因子达到最大值5.88 μW /( cm·K2).     

晶粒尺寸对CoSb3化合物热电性能的影响

系统地研究了晶粒尺寸对CoSb₃化合物热电性能的影响规律，结果表明晶粒尺寸对CoSb₃化合物的晶格热导率κ_p、电导率σ、能隙宽度E_g和Seebeck系数α有显著影响.当晶粒尺寸由微米尺度减小到纳米尺度时，晶格热导率κ_p显著降低，Seebeck系数α有较大幅度的增加，能隙宽度E_g变宽，电导率σ有一定程度的下降.平均晶粒尺寸为200nm的CoSb₃化合物在温度为700K时，ZT值达到0.43，比平均晶粒尺寸为5000nm的试样增加了4倍.     

熔体旋甩法合成n型(Bi_(0.85)Sb_(0.15))_2(Te_(1-x)Se_x)_3化合物的微结构及热电性能

采用熔体旋甩结合放电等离子烧结(MS-SPS)技术制备了单相n型四元(Bi0.85Sb0.15)2(Te1-xSex)3(x=0.15,0.17,0.19,0.21)化合物,并对所得样品的微结构和热电传输性能进行了系统研究.样品自由断裂面的场发射扫描电子显微镜及抛光面的背散射电子成分分析表明:块体材料晶粒细小,晶粒排列紧密,成分分布均匀且相结构单一,样品中存在大量10—100nm的层状结构.随着Se含量x的增加,样品的电导率和热导率逐渐增加,而Seebeck系数逐渐降低.相比商业应用的区熔材料,MS-SPS方法合成的高Se组成的样品均在425K后表现出更高的ZT值,其中(Bi0.85Sb0.15)2(Te0.83Se0.17)3样品具有最高的ZT值,在360K可达到0.96,并在320—500K均保持较高的ZT值,500K时其ZT值相比区熔材料提高了48%.此外,通过调节Se的含量,可以有效地调控材料的ZT峰值出现的温度段,这对多级或梯度热电器件的制备具有重要意义.     

热电器件综合性能表征系统及实验研究

基于直流瞬态Harman法测量热电器件优值系数原理,搭建热电器件综合性能表征实验系统,实现同时测量热电器件无量纲优值系数（ZT值）、Seebeck系数、电导率以及热导率,并通过Labview编程完成对实验系统的控制、数据采集、实时显示和处理。制作并改进具有夹层结构的热电器件,对此开展了性能测试评估。实验结果表明,室温下夹层结构热电器件ZT值小于常规Bi₂Te₃器件,但Seebeck系数比常规器件大;夹层结构器件电导率和热导率均大于常规器件值。     

Sb_2Te_3热电薄膜的离子束溅射制备与表征

采用离子束溅射技术交替沉积Sb-Te-Sb多层薄膜后进行高真空热处理,直接制备Sb2Te3薄膜.利用X射线衍射(XRD)仪、霍尔系数测试仪、薄膜Seebeck系数测量系统对所制备的薄膜特性进行表征.XRD测量结果显示,薄膜的主要衍射峰与Sb2Te3标准衍射峰相同,在[101]/[012]晶向取向明显,存在较多的Te杂质峰;霍尔系数测试结果表明,薄膜为p型半导体薄膜,薄膜电阻率较低,其电导率接近于金属电导率,载流子浓度量级为1023cm-3,具有良好的电学性能;Seebeck系数测量结果显示,薄膜具有良好的热电性能,在不同条件下制备的薄膜的Seebeck系数在7.8—62μV/K范围;在所制备的薄膜中,退火时间为6h、退火温度为200℃的薄膜其Seebeck系数达到最大,约为62μV/K,且电阻率最小.     

非化学计量比AgSbTe2+x化合物制备及热电性能

采用高纯元素直接熔融、淬火并结合放电等离子烧结方法制备了非化学计量比AgSbTe_2+x(x=0—0.05)系列样品,研究了不同Te含量在300—600 K范围内对样品热电性能的影响规律.结果表明:随着Te含量的增加,Ag⁺离子空位浓度增加,空穴浓度和电导率大幅度提高,Seebeck系数减小.热导率随Te过量程度的增加略有增加,但所有Te过量样品的晶格热导率均介于0.32—0.49 W/mK之间,低于化学计量比样品的值,接近理论最低晶格热导率.AgS 关键词： 2')" href="#">AgSbTe₂ 非化学计量比 热电性能 热导率