微波活化熱壓法制備p型碲化鉍基合金的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能.pdf

1、熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種可以直接對熱能和電能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的新型能源技術(shù)。碲化鉍基合金是室溫附近發(fā)展最為成熟的熱電材料，廣泛應(yīng)用于低溫溫差發(fā)電和半導(dǎo)體制冷。本文以p型碲化鉍基熱電材料為研究對象，利用機(jī)械合金化和微波活化熱壓燒結(jié)技術(shù)制備碲化鉍基塊體納米晶合金。探索了微波活化熱壓技術(shù)燒結(jié)p型碲化鉍基合金的可行性，系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、球磨粉末粒徑和化學(xué)組成對合金塊體的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響，得到的主要結(jié)論如下：
　?。?）以Bi、S

2、b和Te元素粉末或元素塊體為原料，先采用機(jī)械合金化技術(shù)制備含有納米晶和微米級晶混合的單相碲化鉍基合金粉末，再采用微波活化熱壓技術(shù)可獲得含有30~70 nm不規(guī)則形狀納米晶、0.5~1.5μm層片狀晶和4~6μm層片狀晶的多尺度碲化鉍基合金塊體。研究表明，大量的微波能聚焦于團(tuán)聚顆粒之間的接觸部位，促使該區(qū)域內(nèi)的氬氣電離，產(chǎn)生氬等離子體，促使粉末顆粒接觸部位迅速熔融，微波消失時(shí)，該區(qū)域熔融部分快速冷卻并重新凝固，可原位生成大量納米顆粒。

3、r>　?。?）系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對合金塊體的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。隨著燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間的增加，載流子濃度降低，遷移率增加，使得電阻率降低。隨著燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間的增加，晶粒長大，減少了對聲子的散射，使得熱導(dǎo)率提高。但是，MAHP-375,15樣品的熱導(dǎo)率卻反常地降低，歸因于不規(guī)則形狀的納米晶粒鑲嵌在微米級片層狀晶粒，增強(qiáng)了對各種波長聲子的散射。因此，MAHP-375,15樣品在75 ℃取得最小的熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率分別為0

4、.63 W?m-1?K-1和0.41 W?m-1?K-1，在125 ℃取得最大的ZT為1.13。
　?。?）系統(tǒng)研究了球磨粉末粒徑對合金塊體的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。采用元素塊體為原料的樣品因粗大晶粒的引入，減少了對載流子的晶界散射，為載流子提供了連貫的傳輸路徑，降低了電阻率，在室溫下取得最大功率因子為3.12×10-3 W?m-1?K-2。但是，由于粗大晶粒的引入和不規(guī)則形狀納米晶粒的減少，減少了對聲子的散射，提高了晶格熱導(dǎo)率

5、。因此，以元素塊體為原料的樣品在110 ℃時(shí)取得最大的ZT為1.07。
　?。?）系統(tǒng)研究了化學(xué)組成對合金塊體的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響。當(dāng)增加 Bi含量時(shí)，會減少反位缺陷的形成，減少空穴載流子濃度，電阻率和Seebeck系數(shù)都隨之增加。MAHP-0.3樣品在15 ℃時(shí)達(dá)到最大的功率因子為3.81×10-3 W?m-1?K-2。當(dāng)增加Bi含量時(shí)，不規(guī)則形狀的納米晶粒的減少，減少了對聲子的散射，晶格熱導(dǎo)率隨之增加。因此，MAHP-0