机械合金化合成CoSb3过程中的固相反应机理的热力学解释

用Co和Sb作为初始原料，通过机械合金化(mechanical alloying, MA)的方法合成了CoSb₃,并系统研究了MA转速和MA时间对MA过程中固相反应的影响.XRD结果表明，相同MA转速下，CoSb₃的量随MA时间的延长而增多，但是MA时间过长会导致大量CoSb₂的生成，甚至诱发CoSb₃分解为CoSb₂和非晶态Sb.而提高MA转速，只能缩短固相反应的发生时间，而不会改变整个固相反应 关键词： 机械合金化 热电材料 3')" href="#">CoSb₃ 非平衡热力学     

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     

Module-level design and characterization of thermoelectric power generator

Thermoelectric power generation provides us the unique capability to explore the deep space and holds promise for harvesting the waste heat and providing a battery-free power supply for IoTs. The past years have witnessed massive progress in thermoelectric materials, while the module-level development is still lagged behind. We would like to shine some light on the module-level design and characterization of thermoelectric power generators (TEGs). In the module-level design, we review material selection, thermal management, and the determination of structural parameters. We also look into the module-level characterization, with particular attention on the heat flux measurement. Finally, the challenge in the optimal design and reliable characterization of thermoelectric power generators is discussed, together with a calling to establish a standard test procedure.     

机械合金化合成CoSb3过程中的固相反应机理的热力学解释

用Co和Sb作为初始原料,通过机械合金化(mechanical alloying,MA)的方法合成了CoSb3,并系统研究了MA转速和MA时间对MA过程中固相反应的影响.XRD结果表明,相同MA转速下,CoSb3的量随MA时间的延长而增多,但是MA时间过长会导致大量CoSb2的生成,甚至诱发CoSb3分解为CoSb2和非晶态Sb.而提高MA转速,只能缩短固相反应的发生时间,而不会改变整个固相反应趋势.对于特定的状态所对应的MA转速和MA时间满足ω3.8t=C(常数)关系,这种MA转速和MA时间的等效性,说明MA过程中能量的积累.并从非平衡热力学的角度,解释了MA过程的固相反应机理.     

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Co1-x NixSb3-ySey,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Co0.9Ni0.1Sb2.85Se0.15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,Co0.9Ni0.1Sb2.85Se0.15的晶格热导率下降到0.8Wm-1K-1.