方鈷礦基熱電材料的熱電性能.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能與熱能之間直接轉(zhuǎn)換的半導體功能材料。由熱電材料制作的溫差發(fā)電和制冷器件具有無污染、無噪聲、易于維護、安全可靠等優(yōu)點，在工業(yè)余熱發(fā)電、航天、微電子及制冷等領(lǐng)域具有廣泛的應用。方鈷礦化合物是一種新型的中溫區(qū)熱電材料，其中填充方鈷礦化合物因其同時具有晶體的良好導電性能和玻璃的低熱導率被認為是一種典型的“電子晶體-聲子玻璃”材料。制備多元的填充方鈷礦材料可以優(yōu)化材料成分，提高材料的熱電性能。 本文采用真空熔煉.

2、退火合成方法，以Co、Sb、Ni、Yb、La、Te等單質(zhì)為原料制備了方鈷礦化合物。應用XRD、SEM等手段對粉末、熱壓試樣進行了物相成分和微觀形貌的分析。對熔煉試樣粉末采用真空熱壓技術(shù)進行熱壓，測試熱電性能。主要取得以下研究成果： 1.制備了La、Yb、Ce單填充和La-Ca、La-Yb雙填充方鈷礦化合物，并研究了它們的熱電性能。研究發(fā)現(xiàn)不管是單填充還是雙填充都能夠顯著的降低方鈷礦材料的熱導率，但采用La-Yb雙填充改善電學性能

3、效果不佳。其中La0.5Co4Sb12、Yb0.2Co4Sb12、Ce0.2Co4Sb12和La0.4Ca0.1Co4Sb12的最大ZT分別達到了0.69(773K)、1.24(773K)、0.55(723K)和0.74(735K)。在提高方鈷礦熱電性能方面，重稀土元素Yb優(yōu)于輕稀土元素La和Ce，稀土-堿土雙填充方鈷礦優(yōu)于這兩種元素的單填充方鈷礦。 2.采用熔煉-退火方法制備了La、Ni共摻方鈷礦熱電材料La0.3Co4-xN

4、ixSb12(x=0，0.1，0.5，0.75，1)。研究發(fā)現(xiàn)，Ni的固溶度在0.5到0.75之間，La0.3Co4-xNixSb12顯n型。隨著x值的增大，Seebeck系數(shù)絕對值總體呈下降趨勢，而電導率和熱導率則增加。La0.3Co3.9Ni0.1Sb12功率因子和ZT值分別達到最佳：功率因子σ·α2max=3.97×10-3Wm-lK-2(520K)，ZTmax=64(773K)。 3.設(shè)計了La0.5Co4Sb11.9T

5、e0.1：Sb2Te3：Bi2Te3=1:0.05:0.04(摩爾比)、La0.2Yb0.2Co4Sb11.8T0.2和La0.1Yb0.2Ca0.1Co3.gNi0.1Sb11.9Te0.1三種成分。發(fā)現(xiàn)少量Te和Bi摻雜到La0.5Co4Sb12中可以減小最大ZT值的所處溫度，由于Te元素在Sb位的固溶，化合物La0.2Yb0.2Co4Sb11.8Te0.2的ZT值在773K時達到了1，比La0.2Yb0.2Co4Sb12提高約23