ZnSb基熱電材料的組織結(jié)構(gòu)與熱電性能.pdf

1、熱電材料是一種熱能與電能直接相互轉(zhuǎn)換的新型能源材料，在深空探測、工業(yè)廢熱、汽車尾氣余熱等領(lǐng)域存在廣闊的應(yīng)用前景。ZnSb化合物資源豐富、成本低，且熱導(dǎo)率較低、塞貝克系數(shù)高，具備高性能熱電材料潛質(zhì)，但低電導(dǎo)率和較高的點陣熱導(dǎo)率導(dǎo)致 ZT值低。因此本文擬采用Na或 Ag受主摻雜 Zn和等電位Cd取代Zn等方式提高電導(dǎo)率和降低點陣熱導(dǎo)率，進而提高ZnSb的ZT值。采用熔融+球磨+熱壓燒結(jié)相結(jié)合的方式制備ZnSb基熱電材料，采用XRD、SEM、

2、ZEM-3、激光熱導(dǎo)儀等先進表征手段研究Na或Ag摻雜及Cd取代對ZnSb熱電材料組織結(jié)構(gòu)和熱電輸運行為的影響規(guī)律及機制。
　　研究發(fā)現(xiàn)，采用真空融熔+球磨+熱壓燒結(jié)可制備晶粒尺寸約為1?m且為純相的Na/Cd(Ag/Cd)雙摻ZnSb基熱電材料。Na摻雜顯著提高了ZnSb的載流子濃度和電導(dǎo)率，Seebeck系數(shù)略有下降，最終導(dǎo)致功率因子大幅上升，在40℃0℃時達到最大值16.1μW/cmK2。Na摻雜由于提高電導(dǎo)率，導(dǎo)致電子熱導(dǎo)

3、率（?ele=L?T）和總熱導(dǎo)率升高。根據(jù)ZT=(S2σ/κ)T，Na摻雜量為0.5％時，在350℃時ZT值達到最高值0.994，顯著高于未摻雜ZnSb的0.42。
　　在Na摻雜的基礎(chǔ)上，采用Cd元素等電位取代ZnSb中的Zn進一步降低點陣熱導(dǎo)率。研究結(jié)果表明，Cd取代Zn不僅顯著降低點陣熱導(dǎo)率，還略有提高功率因子。最終ZnSb熱電材料ZT值隨著Cd含量的增加先升高后降低，在Cd取代量為8%時性能最優(yōu)，ZT值300℃為1.22。

4、
　　Ag摻雜對ZnSb材料熱電輸運參數(shù)的影響與Na摻雜類似，Ag摻雜顯著降低電阻率和提高熱導(dǎo)率，Seebeck系數(shù)降幅較小，導(dǎo)致功率因子大幅增加，最大功率因子為150℃時的22.6μW/cmK2。最終Ag摻雜大幅提高ZnSb材料的ZT值，400?C由未摻雜的0.63提高到0.95。在Ag摻雜基礎(chǔ)上，隨著Cd取代Zn量增加，點陣熱導(dǎo)率和總熱導(dǎo)率逐漸降低，功率因子變換幅度較小，導(dǎo)致ZT值逐漸增加，Ag0.01Cd0.09Zn0.9S