热硫化纳米黄铁矿的晶体结构特征及其热电性能研究

采用热硫化法在不同温度条件下制备了黄铁矿样品,用FESEM、XRD等测试手段对黄铁矿样品的晶体形貌、成分、物相结构和颗粒尺寸进行了观察与表征.测定了样品的热电系数,并讨论了黄铁矿的颗粒尺寸、S/Fe比值和各晶面衍射强度对热电系数的影响.结果表明,在一定温度范围内,热电系数随颗粒尺寸的减小而减小.S/Fe比值对热电系数影响较为复杂.在320～ 360℃时,热电系数随S/Fe比值的增大而增大;在360～380℃时,热电系数随S/Fe比值的减小而减小;在380 ～420℃时,热电系数随S/Fe比值的增大反而呈降低趋势.不同衍射晶面对热电系数影响程度不同,低指数衍射晶面对热电系数的影响程度明显大于高指数衍射晶面.     

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.     

La掺杂CaMnO3基热电材料微观结构与热电性能研究

采用共沉淀法制备,分别在空气与混合了纳米碳粉的Al2 O3粉末(高温渗碳处理)中进行高温烧结后得到多晶钙钛矿型Ca1-xLaxMnO3(x=0,0.02,0.04,0.10)热电陶瓷,并对陶瓷样品的微观结构、热电性能进行了表征与评价.结论如下:T>700 K时,进行过高温渗碳处理的La2/C(x=0.02)系列,具有体系最大Seebeck系数绝对值240～250μV/K,功率因子PF在2.2～2.4 W·m-1·K-2,即电性能最优.所有掺杂样品较本征半导体热导率κ均有所降低.在920 K时,La2/C系列具有体系最大的热电优值ZTmax=0.067,约为同温度下未掺杂CaMnO3陶瓷ZT值的2倍.     

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。     

n型Ge基Ba_8Ga_(16-x)Zn_xGe_(30) I-型笼合物的制备及电传输特性

用熔融法结合放电等离子体烧结技术,采用Zn掺杂制备了具有半导体传导特性的n型Ba_8Ga_(16-x)Zn_xGe_(30) I-型笼合物,研究了Zn部分置换Ga对化合物电传输特性的影响.研究表明所制备的化合物为单相的具有空间群Pm3-n的I-型笼合物.Zn掺杂前对应化合物表现为金属传导特性,Zn掺杂后对应化合物表现为典型的杂质半导体传导特性.室温下,随Zn掺杂量的增加,化合物的载流子浓度和载流子有效质量逐渐降低;Zn掺杂对室温载流子迁移率无明显影响.在300～900 K温度范围内,随Zn掺杂量的增加对应化合物的电导率逐渐降低,Seebeck系数逐渐增加.Zn掺杂后对应化合物的功率因子与掺杂前相比有所降低,且达到最大值的温度都向低温方向偏移.     

Al掺杂ZnO多晶的热电输运性质研究

采用固相反应法制备了六方纤锌矿结构Zn1-xAlxO(0≤x≤0.03)系列多晶,探究了Al掺杂对ZnO多晶的微观形貌和热电输运性质的影响.结果表明,Al掺杂促使ZnO晶粒长大联结,晶界减少,x＞0.003时出现在晶界分布的ZnAl2O4尖晶石相.掺杂后样品由ZnO的半导体行为转变为电阻率显著下降的金属行为,且x=0.003有最小的室温电阻率～1.7 mΩ·cm,主要由于掺杂使样品载流子浓度和迁移率显著提高,x=0.003时载流子浓度和迁移率为最高,分别为1.05×1021 cm-3和20 cm2/V·s;300 ～900 K下掺杂样品热电势的绝对值和功率因子均随温度升高而增大,x =0.003时有最大的室温功率因子～0.4mW/m·K2.综合得到ZnO中Al掺杂的饱和固溶度x≈0.003.     

热压工艺参数对N型(Bi2Te3)0.90(Sb2Te3)0.05(Sb2Se3)0.05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(Bi2Te3)0.90(Sb2Te3)0.05(Sb2Se3)0.05热压合金样品,测量了由不同工艺参数(热压温度、热压压力)制备的样品的Seebeck系数和电导率.分析了热压参数对热电性能产生的影响.特别是发现了在实验压力范围内增加热压压力会使热压样品的Seebeck系数和电导率都有所提高,这与Seebeck系数和电导率通常变化趋势相反的规律有显著差异,其结果对热压样品的电学性能提高有积极的影响.     

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.     

Tb掺杂CaMnO3氧化物材料热电输运性能的研究

采用溶胶-凝胶法结合陶瓷烧结工艺制备了Tb掺杂CaMnO3基氧化物热电材料,系统研究了Tb掺杂材料物相组成、微观组织和和电输运性能.结果表明,Tb掺杂试样均为单一物相的CaMnO3晶体材料.随着Tb掺杂量的增加,试样晶粒逐渐细化.所得CaMnO3基材料内部晶粒互连,试样结构较为致密.所有Tb掺杂试样电阻率随温度升高而降低,呈明显的半导体传输特性,其中Tb掺杂量为0.14的试样电阻率最低.Tb掺杂试样Seebeck系数绝对值随掺杂量的增加而降低,这是由于Tb掺杂引入的电子型载流子造成的.所有试样功率因子均随温度升高而逐渐增加,并且所有Tb掺杂试样的功率因子均大于未掺杂试样.其中Tb掺杂量为0.08的块体试样功率因子在测试温度最高点973 K时达到最大值2.0×10-4 W·m-1·K-2,远高于未掺杂试样,通过稀土元素Tb掺杂可以优化CaMnO3基过渡金属氧化物材料的电性能.     

锗对CZ Si中新施主的影响

等价元素锗(Ge),掺入CZ Si中后能提高硅中氧的固溶度和形成氧沉淀的临界半径,使得氧沉淀主要以均匀成核方式进行.同时,Ge容易与硅中空位形成较稳定的锗一空位复合体(Ge-VX),降低了空位的浓度.因此,锗掺入到CZ Si中可以抑制新施主(ND)的形成速率和最大浓度,提高了硅的高温稳定性,改善硅材料的内在质量.随着Ge浓度的增加,这种抑制施主效应也越明显.本文简要地探讨了Ge在CZ Si中抑制新施主形成的机理.     

传统合金型热电材料研究进展

随着热电材料制备方法的多样化和性能表征手段的具体化,合金型热电材料以其优异性能在众多热电材料中脱颖而出,成为拥有高热电性能和高转换率的热电材料.主要介绍了根据适用温度划分的三类传统合金型热电材料:低温热电材料Bi2 Te3、中温热电材料PbTe和高温热电材料SiGe,重点归纳总结了金属合金热电性能优化方法,最后概述了其实际应用领域并展望其未来的发展前景.     

Polycrystalline LaFe3CoSb12 material manufactured by melt-freeze-annealing method

A new method called melt-freeze-annealing has been developed to fabricate polycrystalline thermoelectric LaFe₃CoSb₁₂ The melting and annealing temperatures as well as the freezing style all can affect the phase content, porosity and grain size of skutterudite polycrystalline materials. The use of a higher melting temperature and a appropriate buffer temperature with annealing at about 700°C are the best conditions for fabricating the LaFe₃CoSb₁₂ polycrystalline materials. The polycrystalline skutterudite materials fabricated by a melt-freeze-annealing procedure possessed high skutterudute content, fine grain size and very low porosity, and are suitable for thermoelectric usage.     

Thermoelectrical properties of In1‐xGaxAs and InAs crystals irradiated with fast electrons

The thermoelectric power in In_1‐xGa_xAs (x = 0,01;0,04) solid solutions and InAs crystals irradiated with fast electrons by the energy of 6 MeV and dose of 10¹⁶‐ 2 x 10¹⁷ el/cm^‐2 on the interval 80‐400 K have been investigated. It is revealed that in the all crystals the value of the thermoelectric power is decreased under irradiation that resulted from the growth of the free electron concentration to form radiation induced defects of the donor type. It has been determined that in the initial InAs after irradiation, the charge carriers scatter on optical phonons and in In_1‐xGa_xAs solid solutions they do on optical phonons and ionized impurities. (© 2004 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

N型赝三元机械合金化冷压烧结热电材料的制备及其性能

本文采用机械合金化法成功制备了N型赝三元(Bi2Te3-Sb2Te3-Sb2Se3)合金粉体材料,该材料颗粒均匀、细小,颗粒尺寸在10～100nm量级.在此基础上采用冷压烧结法制备了N型赝三元机械合金化冷压烧结热电材料.研究了这种热电材料的电导率、塞贝克系数与烧结温度的关系.     

N型赝三元热压热电材料的微观结构和电学性能

通过熔炼/研磨技术和热压方法制备N型赝三元热压块体材料.通过SEM和XRD研究了由不同粒度粉末制备的热压块体材料的微观结构,在室温条件下测量了热压材料样品的电学性能.结果表明热压块体材料在微观结构和电学性能上存在各向异性,从而预示能够在增强材料机械强度的同时提高其热电性能.     

Growth and morphology of the single crystals of thermoelectric oxide material NaxCoO2

We have grown single crystals of recently discovered thermoelectric oxide material Na_xCoO₂ using NaCl flux. Crystals of sizes upto 1.5 x 1.5 x 1.5 mm³ having different morphological habits were reproducibly grown. The atomic force microscopic studies show that along c‐axis crystals grow via 2D layer‐by‐layer mechanism. The X‐ray diffraction analyses show that grown crystals are rich in Na content as compared to the starting charge indicating that NaCl flux also acts as a source of Na. The resistivity of the crystals exhibited a linear temperature dependence in the region between 30 and 300 K. © 2004 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim     

AgNW s/Yb0.3Co4Sb12纳米复合热电材料的制备及热电性能的研究

采用多元醇法和熔融淬火高温退火法合成银纳米线(AgNWs)和填充方钴矿Yb0.3Co4Sb12材料,采用超声分散法并结合等离子体快速烧结技术(SPS)烧结成AgNWs/Yb0.3 Co4 Sb12纳米复合材料.通过XRD和扫描电镜分析材料的物相结构与微观形貌,测量计算了不同AgNWs复合含量样品的电导率、Seebeck系数、热导率、晶格热导率和ZT值.发现了复合AgNWs可以很大程度地提高方钴矿材料的电输运性能,但也使得其热导率不可避免地升高.最终AgNWs复合含量为0.5wt;的复合材料热电性能最佳,达到850 K时的1.02.     

Flexible thermoelectric materials based on conducting polymers doped with silicone polymer electrolyte

Abstract

Novel conducting polymers doped with siloxane-based polyanion have been synthesized and their mechanical and thermoelectric properties were investigated. Free-standing properties and flexibility of these polymer films were compared with conducting polymers doped with conventional polyanion composed of carbon-carbon backbone. Thermoelectric properties were found to not be affected by the chemical structures of dopant polyanions.