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．     

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.     

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.     

Cd掺杂p型Ge基Ba8Ga16CdxGe30-x Ⅰ型笼合物的结构及热电特性

以Cd作为掺杂元素,用熔融法结合放电等离子体烧结(SPS)技术制备了具有不同Cd含量的Ba8Ga16CdxGe30-x(x=0.95,1.00,1.05,1.10) Ⅰ型笼合物,研究了Cd掺杂对其结构及热电性能的影响.Rietveld结构解析表明所制备的Ba8Ga16CdxGe30-x化合物为空间群pm3n的Ⅰ型笼合物,Cd原子主要占据在框架6c和16i位置上且具有较大的原子位移参数(ADP).所有样品均表现为p型传导,样品的载流子散射机制由低温的杂质电离散射为主逐渐过渡到高温的声学波散射为主.随Cd掺杂量的增加,对应化合物电导率逐渐增加,Seebeck系数逐渐降低.由于Cd原子较大的ADP,从而导致较低的晶格热导率,在室温附近,Ba8Ga16Cd1.10Ge28.90化合物的晶格热导率与Ba8Ga16Ge30化合物相比约降低38%.Ba8Ga16Cd1.00Ge29.00化合物的最大ZT值在600 K时为0.173.     

n型BayNixCo4-xSb12化合物的热电性能

系统地研究了Ba填充分数及Ni含量对n型BayNixCo4-xSb12(x=0—0.1,y=0—0.4)化合物热性能及电性能的影响规律.n型BayNixCo4-xSb12的热导率随Ba填充分数的增加而显著下降,当Ba填充分数为0.3时,热导率随Ni含量的增加而降低,在x=0.05时,热导率达到最小值,晶格热导率随Ni含量的增加单调降低.电子浓度和电导率随Ba填充分数及Ni含量的增加而增加,塞贝克系数则随Ba填充分数及Ni含量的增加而减小.对于Ba0.3Ni0.05Co3.95Sb12试样,得到了1.2最大 关键词： n型方钴矿 填充 置换 热电性能     

Ge掺杂n型Sn基VIII型单晶笼合物的制备及热电传输特性

采用Sn自熔剂法制备了具有n型传导的VIII型Ba8Ga16 xGexSn30(0 x 1.0)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:Ge在单晶中的实际含量较少,随着掺杂量的增加样品的晶格常数略有减小,Ge掺杂后样品的载流子浓度较掺杂前低,迁移率增加;所有样品的Seebeck系数均为负值,且绝对值较未掺杂样品低,但Ge掺杂后样品的电导率提高了62%;x=0.5的样品在500 K附近取得最大ZT值1.25.     

Yb/Sr双原子复合填充的Ⅰ-型Yb_x Sr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30)笼合物的合成及热电性能

用熔融法结合放电等离子烧结(SPS)合成了Yb/Sr双原子复合填充的n型Yb_x Sr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30)(x=0,0.5,1.0,1.5)笼合物,研究了双原子复合填充及Yb填充量x对Yb_x Sr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30)笼合物热电传输特性的影响规律.结果表明,Yb在Yb_x Sr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30)化合物中的固溶极限介于1.0-1.5之间.随着Yb填充量x的增加,化合物的室温载流子浓度增加而迁移率降低.在300-800 K温度范围内,随着x的增加,双原子填充试样的电导率逐渐增大,Seebeck系数逐渐减小,其中x=0.5的试样与单原子填充的Sr_8Ga_(16)Ge_(30)试样相比,电导率变化不大,Seebeck系数显著增加.Yb/Sr双原子复合填充比Sr单原子填充更有利于晶格热导率的降低,且晶格热导率随着Yb填充量x的增加逐渐降低.在所有n型Yb_x Sr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30)化合物中Yb_(1.0) Sr_(7.0)Ga_(16)Ge_(30)化合物的ZT值最大,在800 K时其最大ZT值达0.81,与单原子填充的Sr_8Ga_(16)Ge_(30)化合物相比ZT值提高了35%.

Abstract：

n-type Yb/Sr double-atom-filled Yb_xSr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30) (x = 0, 0.5, 1.0, 1.5) elathrates have been synthesized by combining melting reaction with the spark plasma sintering (SPS) method. The effects of double-atom fining on thermoelectric properties have been investigated. The results show that the solubility limit of Yb in the Sr-Ga-Ge system is between 1.0 and 1.5 when it is expressed by the formula of Yb_xSr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30). With increasing Yb content x, the room-temperature carrier concentration of the Yb_xSr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30) samples increases, while the room-temperature carrier mobility decreases. For the double-atom-filled samples, the electrical conductivity raises with increasing x, while the Seebeck coefficient reduces, and in which the x = 0.5 sample has a comparable electrical conductivity and a remarkably higher $eebeck coefficient compared with the single-atom-filled Sr_8Ga_(16)Ge_(30) sample in the temperature range of 300-800 K. The double-atom filling of Yb/Sr has significant influence on the lattice thermal conductivity of the Yb_xSr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30) samples and the lattice thermal conductivity decreases gradually with increasing x. Of all the Yb_xSr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30) samples, the maximum dimensionless figure of merit ZT of 0.81 is obtained at 800 K for the Yb_(1.0)Sr_(7.0)Ga_(16)Ge_(30) sample. Compared with that of single-atom-filled Sr_(8-x)Ga_(16)Ge_(30) sample, it is 35% higher at the same temperature.     

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.     

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%.     

多壁碳纳米管对p型Ba0.3FeCo3Sb12化合物热电性能的影响

用两步固相反应法合成了P型Ba填充方钴矿化合物Ba0.3FeCo3Sb12，并采用放电等离子烧结法(SPS)制备了Ba0.3FeCo3Sb12／多壁碳纳米管复合材料．研究了Ba0.3FeCo3Sb12／多壁碳纳米管复合材料的结构及多壁碳纳米管对其热电性能的影响规律：SEM分析表明多壁碳纳米管比较均匀地分布在Ba0.3FeCo3Sb12基体中；随着碳纳米管添加量的增加，Ba0.3FeCo3Sb12／多壁碳纳米管复合材料的电导率下降、塞贝克系数略微下降、晶格热导率大幅度降低，当碳纳米管含量为5％时其晶格热导率最小；当碳纳米管的含量为3％时，本研究得到的Ba0.3FeCo3Sb12／碳纳米管复合材料的最大ZT值达0．78．     

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).     

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.     

Mg掺杂n型Sn基VIII型单晶笼合物的结构及电传输特性

本文采用Sn自熔剂法,制备Mg掺杂Sn基单晶笼合物Ba8Ga16-XMgXSn30(0 X 1.5),并对其结构及电传输性能进行研究.结果表明所制备化合物为具有空间群Iˉ43m的VIII型单晶笼合物,随Mg掺杂量的增加,对应化合物的熔点略有升高,晶格常数减小,掺杂样品中填充原子Ba的实际含量低于理想值8.0,其在十二面体空洞中的占有率约为0.93(Mg的名义含量X=1.5时).所有样品均表现为n型传导,Mg的掺入对材料的能带结构有一定影响,Mg掺杂后,样品的载流子浓度降低,Seebeck系数的绝对值、电阻率增加,Mg的名义含量X=1.5时,样品的功率因子在430 K附近取得最大值1.26×10-3W·m-1·K-2.     

Ca和Ce双原子复合填充P型CamCenFexCo4-xSb12化合物的合成及热电性能

用高温熔融法合成了Ca和Ce复合填充的单相p型CamCenFexCo4-xSb12化合物,探索了两种原子复合填充对其热电性能的影响规律.研究结果表明,填充分数相同时,Ca和Ce两种原子复合填充的p型CamCenFexCo4-xSb12化合物的载流子浓度和电导率介于Ca或Ce一种原子单独填充的化合物之间,且随两种原子填充分数m+n的增加而降低;赛贝克系数随两种原子填充总量,尤其是Ce填充分数m的增加以及温度的上升而增加;在相同填充分数时,两种原子复合填充的p型CamCenFexCo4-xSb12化合物的晶格热导率较Ca或Ce一种原子单独填充的化合物的晶格热导率低,当总填充分数m+n为0.3左右,且Ca和Ce的填充量大致相等时,化合物的晶格热导率最低.p型Cao18Ce0.12Fe1.45Co2.55Sb12.21化合物的最大热电性能指数ZT值在750K时达到1.17.     

Ba和Ce两种原子复合填充BamCenFeCo3Sb12化合物的合成及热电性能

用多步固相反应法结合熔融法合成了单相的两种原子复合填充的p型方钴矿化合物Ba mCenFeCo3Sb12.并探索了两种原子复合填充对其热电性能的影响规 律，研究结果表明在相 同填充分数时BamCenFeCo3Sb12化合物的电导率介于单原子Bam FeCo3Sb12和CenFeCo3Sb12填 充的化合物之间，随Ba，Ce填充分数的增加，电导率下降；当填充分数相同时，两种原子复 合填充化合物的晶格热导率较单一原子填充化合物的晶格热导率低. 关键词： 方钴矿 双原子填充 电导率 晶格热导率     

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.     

Si含量对高锰硅化合物相组成及热电性能的影响研究

采用高频感应熔融、退火结合放电等离子烧结方法制备高锰硅(HMS)化合物MnSi1.70+x(x=0,0.05,0.1,0.15),系统研究了Si含量变化对材料相组成、微结构和热电性能的影响规律.结果表明,当x0.1时,样品由HMS和贫Si的MnSi金属相两相组成,随着Si含量x的增加,MnSi相相对含量减小;当x=0.1时,所得样品为单相HMS化合物;当x0.1时,样品由HMS和过量Si两相组成.随着x的增加,由于样品中高电导的金属相MnSi含量逐渐减少,样品的电导率逐渐下降,而Seebeck系数随之增加.室温下样品载流子浓度和有效质量随x增大逐渐减小,而迁移率逐渐增加.MnSi和Si杂相与HMS相比均为高热导相,因此当x=0.1时,由于样品为单相HMS,从而表现出最低热导率和最高ZT值.MnSi1.80样品在800K时热导率最小值达到2.25W·m-1K-1,并在850K处获得最大ZT值(0.45).     

Ga掺杂对Cu_3SbSe_4热电性能的影响

采用熔融-淬火方法制备了Cu_(2.95)Ga_xSb_(1-x)Se_4(x=0,0.01,0.02和0.04)样品,系统地研究了Ga在Sb位掺杂对Cu_3SbSe_4热电性能的影响.研究结果表明,少量的Ga掺杂(x=0.01)可以有效提高空穴浓度,抑制本征激发,改善样品的电输运性能.掺Ga样品在625 K时功率因子达到最大值10μW/cm·K~2,比未掺Ga的Cu_(2.95)SbSe_4样品提高了约一倍.但是随着Ga掺杂浓度的进一步提高,缺陷对载流子的散射增强,同时载流子有效质量增大,导致载流子迁移率急剧下降.因此Ga含量增加反而使样品的电性能恶化.在热输运方面,Ga掺杂可以有效降低双极扩散对热导率的贡献,同时掺杂引入的点缺陷对高频声子有较强的散射作用,因此高温区的热导率明显降低.最终该体系在664 K时获得最大ZT值0.53,比未掺Ga的样品提高了近50%.     

微量Na元素掺杂对SnSe多晶材料热电性能的影响（英文）

熔炼方法制备微量掺杂多晶硒化锡NaxSn1-xSe(x=0.001-0.005)热电材料,并研究其热、电输运性质.研究结果表明:对硒化锡进行Na元素轻掺杂(x=0.003)时,掺杂样品的电导率有了两个数量级的提高,同时其热导率也有一定的降低;而且掺杂后的样品还拥有很高的Seebeck系数,Seebeck最大能达到300V/K左右.因此硒化锡掺钠多晶Na0.003Sn0.997Se的ZT值能达到1.2左右.     

致密度对填充skutterudite化合物La0.75Fe3CoSb12热电性能的影响

研究了致密度对填充skutterudite化合物La0.75Fe3CoSb12热电性能的影响.La0.75Fe3CoSb12表现为p型传导,载流子迁移率随着致密度的增加而升高.由于样品中空洞的散射作用,致使电阻率ρ随着致密度的降低而升高,同时造成热导率κ的下降,但塞贝克系数α与致密度关系不大,致密度造成电阻率ρ升高的比率与热导率κ下降的比率相当,致密度不同的样品具有相当的ZT值.致密度对填充式skutterudite化合物La0.75Fe3CoSb12ZT值关系影响不明显.