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300nm—1μm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Ba₈Ga₁₂Zn 关键词： 熔体旋甩 Ⅰ-型笼合物 热电性能     

熔体旋甩法制备p型填充式方钴矿化合物Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12的微结构及热电性能

采用熔体旋甩法结合放电等离子烧结技术(MS-SPS)制备了p型填充式方钴矿化合物Ce_0.3Fe_1.5Co_2.5Sb₁₂,研究了熔体旋甩工艺对微结构以及热电性能的影响规律.结果表明,较高的铜辊转速和较低的喷气压力有利于提高熔体的冷却速率,使带状产物晶粒细化.薄带经SPS烧结后得到致密、基本单相、晶粒尺寸均匀细小(150—300 nm)的块体.与传统方法制备的试样相比,MS-SPS试样虽然电导率有所降低,但因具有较大的Se 关键词： 熔体旋甩 p型填充式方钴矿化合物 微结构 热电性能     

TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响

采用区熔法结合放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了n型Bi₂Te₃基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了掺杂剂TeI₄的含量(质量百分比分别为0，0.05，0.08，0.10，0.13和0.15wt%)对热电性能的影响.结果表明：试样的载流子浓度(n)随TeI₄含量增加而增大，使电导率增大、塞贝克系数的绝对值先增大而后减小，从而导致品质因子(α²σ)呈先增加后降低的变化趋势；同时，由于异质离子(I^-)以及载流子对声子的散射作用增强，可显著降低其晶格热导率.烧结材料的性能优值(ZT=α²σT/κ)对应于TeI₄含量为0.08wt%有其最大值，约为0.92.此外，烧结材料的抗弯强度增加至80MPa左右，从而可以显著改善材料的可加工性以及元器件的使用可靠性. 关键词： 2Te₃')" href="#">Bi₂Te₃ 放电等离子体快速烧结 热电性能     

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%.     

纳米结构碲化铋合金的制备及电热输运特性

采用惰性气体保护蒸发-冷凝法制备了纳米Bi及Te粉末, 结合机械合金化和放电等离子烧结技术, 在不同烧结温度下制备出了单一物相且具有纳米层状结构及孪晶亚结构的n型Bi₂Te₃块体材料, 并系统研究了块体材料的晶粒尺度、微结构及其对电热传输特性的影响. SEM, TEM分析结果表明, 以纳米粉末为原料, 通过有效控制工艺条件, 可以制备出具有纳米层状结构Bi₂Te₃合金块体材料, 同时纳米层状结构中存在孪晶亚结构; 热电性能测试结果表明, 具有纳米层状结构及孪晶亚结构的块体试样与粗晶材料相比, 热导率大幅度降低, 在423 K附近, 热导率由粗晶材料的1.80 W/mK降至1.19 W/mK, 晶格热导率从1.16 W/mK降至0.61 W/mK, 表明纳米层状结构与孪晶亚结构共存, 有利于进一步提高声子散射, 降低晶格热导率. 其中在693 K放电等离子烧结后的试样于423K附近取得最大值的无量纲热电优值(ZT), 达到0.74.     

(Bi1-x Agx)2(Te1-ySey)3粉体的机械合金化制备及其放电等离子烧结体的热电输运特性

采用机械合金化制备了n型(Bi_1-xAg_x)₂(Te_1-ySe_y)₃合金粉体,对其进行XRD分析表明Bi,Te,Ag,Se单质粉末,经2h球磨后实现了合金化;SEM分析表明随着机械合金化时间延长粉体颗粒变得均匀、细小,颗粒尺寸在微米至亚微米数量级.采用放电等离子烧结制备了块体样品,研究了合金成分和球磨时间对热电性能的影响.结果表明材料的热电性能与掺杂元素有密切关系,Ag有利于提高功率因子和降低晶格热导率,球磨10h的(Bi_0.99Ag_0.01)₂(Te_0.96Se_0.04)₃合金粉末的烧结块体具有最大的功率因子和最低的晶格热导率,并在323K取得最高ZT值0.52. 关键词： 1-xAg_x)₂(Te_1-ySe_y)₃合金')" href="#">(Bi_1-xAg_x)₂(Te_1-ySe_y)₃合金 机械合金化 放电等离子烧结 热电性能     

低维纳米材料热电性能测试方法研究

通过近几十年的研究,人们对于块体及薄膜材料的热电性能已经有了较全面的认识,热电优值ZT的提高取得了飞速的进展,比如碲化铋相关材料、硒化亚铜相关材料、硒化锡相关材料的最大ZT值都突破了2.但是,这些体材料的热电优值距离大规模实用仍然有较大的差距.通过理论计算得知,当块体热电材料被制作成低维纳米结构材料时,比如二维纳米薄膜、一维纳米线,热电性能会得到显著的改善,具有微纳米结构材料的热电性能研究引起了科研人员的极大兴趣.当块体硅被制作成硅纳米线时,热电优值改善了将近100倍.然而,微纳米材料的热电参数测量极具挑战,因为块体材料的热电参数测量方法和测试平台已经不再适用于低维材料,需要开发出新的测量方法和测试平台用来研究低维材料的热导率、电导率和塞贝克系数.本文综述了几种用于精确测量微纳米材料热电参数的微机电结构,包括双悬空岛、单悬空岛、悬空四探针结构,详细介绍了每一种微机电结构的制备方法、测量原理以及对微纳米材料热电性能测试表征的实例.     

Sm和Ce复合掺杂Skutterudite化合物的制备及热电性能

用熔融法结合放电等离子快速烧结(SPS)制备出了单相的Sm和Ce复合掺杂的Skutterudite化合物Sm_mCe_nFe_1.5Co_2.5Sb₁₂，研究了Sm和Ce复合掺杂总量对其热电性能的影响规律.结果表明：随着Sm和Ce复合掺杂总量的增加，p型Sm_mCe_nFe_1.5Co_2.5Sb₁₂化合物的Seebeck系数增加、电导率和热导率降低.当掺杂总量相近时，和Sm、Ce单原子掺杂相比，Sm和Ce复合掺杂使Skutterudite化合物的热导率低10%—40%.Sm_0.22Ce_0.20Fe_1.54Co_2.46Sb_11.89化合物的最大热电性能指数ZT_max值在775K时为0.84. 关键词： 复合掺杂 方钴矿 热电性能     

Ti1－x(Hf0.919Zr0.081)xNiSn的制备及热电性能

采用固相反应法合成了单相的Ti_1-x(Hf_0.919Zr_0.081) _xNiSn (x＝0.00—0.15)，并用放电等离子烧结方法制备出密实块体材料. 研究 了Hf和Zr同时在Ti位上的等电子合金化对Ti基半Heusler化合物热电性能的影响规律. 结果 表明：少量的Hf和微量的Zr在Ti位上的等电子合金化，显著地降低了体系的热导率κ，同时 显著地提高了体系的Seebeck系数α. 组成为Ti_{0.85关键词： 半Heusler 固相反应 热电性能}     

Ga填充n型方钴矿化合物的结构及热电性能

用熔融退火结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了具有不同Ga填充含量的Ga_xCo₄Sb₁₂方钴矿化合物,研究了不同Ga含量对其热电传输特性的影响规律. Rietveld结构解析表明,Ga占据晶体学2a空洞位置,Ga填充上限约为0.22,当Ga的名义组成x≤0.25时,样品的电导率、室温载流子浓度N_p随Ga含量的增加而增加,Seebeck系数随Ga含量的增加而减小. 室温下霍尔测试表明,每一个Ga授予框架0.9个电子,比Ga的氧化价态Ga³⁺小得多. 由于Ga离子半径相对较小,致使Ga填充方钴矿化合物的热导率κ及晶格热导率κ_L较其他元素填充的方钴矿化合物低. 当x＝0.22时对应的样品在300K时的热导率和晶格热导率分别为3.05Wm^-1·K^-1和 2.86Wm^-1·K^-1.在600K下Ga_0.22Co_4.0Sb_12.0样品晶格热导率达到最小,为1.83Wm^-1·K^-1,最大热电优值Z,在560K处达1.31×10^-3K^-1. 关键词： skutterudite化合物 Ga原子填充 结构 热电性能     

Co1-xNixSb3-ySey热电输运中晶界和点缺陷的耦合散射效应

结合机械合金化与放电等离子烧结工艺制备了Ni和Se共掺的细晶方钴矿化合物Co_1-xNi_xSb_3-ySe_y,研究了晶界和点缺陷的耦合散射效应对CoSb₃热电输运特性的影响.通过Ni掺杂优化载流子浓度提高功率因子.在x=0.1时,功率因子达到最大值1750μWm^-1K^-2(450℃),是没有掺Ni试样的两倍.晶界和点缺陷的耦合散射机理使晶格热导率急剧下降,其中Co_0.9Ni_0.1Sb_2.85Se_0.15的室温晶格热导率降低至1.67Wm^-1K^-1,接近目前单填充效应所能达到的最低值1.6Wm^-1K^-1,其热电优值ZT在450℃时达到最大值0.53.将Callaway-Von Baeyer点缺陷散射模型嵌入到Nan-Birringer有效介质理论模型,对晶界散射和点缺陷散射的耦合效应对热导率的影响进行了定量分析,模型计算与实验结果符合.理论模型计算表明,当晶粒尺寸下降到50nm同时掺杂引入点缺陷散射后,Co_0.9Ni_0.1Sb_2.85Se_0.15的晶格热导率下降到0.8Wm^-1K^-1. 关键词： 3')" href="#">CoSb₃ Ni和Se掺杂 热电性能 耦合散射效应     

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     

聚对苯撑/LiNi0.5Fe2O4纳米复合热电材料的制备及其性能研究

本文以流变相反应法原位合成了聚对苯撑/LiNi_0.5Fe₂O₄纳米复合热电材料,并对其热电性能进行表征,研究了放电等离子烧结时保温时间对其热电性能的影响.结果发现,复合材料铁氧体颗粒粒径为100---300nm,其外部被一层聚对苯撑膜包覆.电子在Fe²⁺和Fe³⁺之间的跳跃机理在铁氧体电导中占主导作用,因此聚对苯撑/LiNi_0.5Fe₂O₄复合材料具有n型导电特性.随着保温时间增加,复合材料电导率基本不变,但热导率逐渐增大且Seebeck系数逐渐减小,导致热电优值系数降低.由于结合了有机物高电导率和低热导率以及无机材料高赛贝克系数的优点,所制备的复合材料热电性能较单一材料有较大提高.     

Synthesis and thermoelectric properties of Mn-doped AgSbTe2 compounds

Polycrystalline p-type Ag 0.9 Sb 1.1 x Mn x Te 2.05（x = 0.05,0.10,and 0.20） compounds have been prepared by a combined process of melt-quenching and spark plasma sintering.The sample composition of Ag 0.9 Sb 1.1 x Mn x Te 2.05 has been specially designed in order to achieve the doping effect by replacing part of Sb with Mn and to present the uniformly dispersed Ag 2 Te phase in the matrix by adding insufficient Te,which is beneficial for optimizing the electrical transport properties and enhancing the phonon scattering effect.All the samples have the NaCl-type structure according to our X-ray powder diffraction analysis.After the treatment of spark plasma sintering,only the sample with x = 0.20 has a small amount of MnTe 2 impurities.The thermal analysis indicates that a tiny amount of Ag 2 Te phase exists in all these samples.The presence of the MnTe 2 impurity with high resistance and high thermal conductivity leads to the deteriorative thermoelectric performance of the sample with x = 0.20 due to the decreased electrical transport properties and the increased thermal conductivity.In contrast,the sample with x = 0.10 exhibits enhanced thermoeletric properties due to the Mn-doping effect.A dimensionless thermoelectric figure of merit of 1.2 is attained for the sample with x = 0.10 at 573 K,showing promising thermoelectric properties in the medium temperature range.     

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.     

机械合金化过程对硫化铋块体热电性能的影响机理

以机械合金化法(MA)结合放电等离子烧结技术(SPS)制备了Bi₂S₃多晶块体热电材料. 研究了MA过程中干磨转速、湿磨时间和湿磨介质对Bi₂S₃多晶热电材料电传输性能的影响. 分析了样品的物相, 观察了显微组织, 测试了电传输性能和热传输性能. 研究表明, 以无水乙醇为湿磨介质时, 随着湿磨时间的延长, 出现了微量Bi₂O₃第二相, 样品的晶粒尺寸减小, 电阻率大幅增加, 功率因子下降. 以丙酮为湿磨介质时, 虽然不存在微氧化反应, 但是由于样品中存在大量孔洞, 导致功率因子降低. 425 r/min 干磨15 h后未湿磨的样品在573 K取得最大的ZT值0.25, 是目前文献报道的最高值.     

Cu掺杂AgSbTe2化合物的相稳定、晶体结构及热电性能

利用熔融快淬结合放电等离子烧结(SPS), 制备了Cu_xAg_1-xSbTe₂(x= 0---0.3)样品. 粉末X射线衍射(XRD)分析结果显示, SPS处理以前, 含Cu样品形成NaCl型结构的固溶体, 而未加入Cu的样品析出Ag₂Te第二相. 根据热分析和XRD测量结果, Cu的加入能够有效抑制Ag₂Te的析出, 但同时会在快淬样品中产生少量非晶相. 在温度升高到540 K左右时, 非晶相发生晶化, 形成Sb₇Te亚稳相, 并最终转变成Sb₂Te₃稳定相. 对快淬样品进行低温SPS快速处理后, x =0.1样品为面心立方结构的单相化合物, 但是x =0.2, 0.3的样品分别析出第二相Sb₇Te和Sb₂Te₃. 由于析出第二相, x=0.2, 0.3样品的电导率增大, Seebeck系数减小, 热导率相应升高, 综合热电性能降低. x=0.1单相样品的功率因子与文献报道的AgSbTe₂化合物相当. 元素替代的合金化效应 增强了Cu_0.1Ag_0.9SbTe₂化合物的声子散射, 有效降低了样品的热导率. 因此, 单相样品Cu_0.1Ag_0.9SbTe₂表现出较佳的热电性能, 在620 K时热电优值达到1.