高壓制備的CoSb3基熱電材料電學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崮芎碗娔苓M(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的功能材料。利用它做成的熱電器件,在溫差發(fā)電和溫差制冷等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是目前研究的熱電材料的轉(zhuǎn)換效率較低,極大地限制了其在國民經(jīng)濟(jì)中的廣泛應(yīng)用。因此,提高熱電材料的轉(zhuǎn)換效率,是實(shí)現(xiàn)熱電材料規(guī)模化使用的關(guān)鍵。而熱電材料的轉(zhuǎn)換效率由材料的熱電性能所決定,材料的熱電性能越好,則材料的轉(zhuǎn)換效率越高。
　　熱電材料性能用無量綱熱電優(yōu)值ZT來衡量:
　　方鈷礦(Skutterudit

2、es)類熱電材料由于具有大的載流子遷移率,大的Seebeck系數(shù)和高的電導(dǎo)率而在近年來引起熱電材料研究者的廣泛關(guān)注。通過填充和摻雜等手段,能夠有效地提高該類材料的功率因子,并降低其熱導(dǎo)率,從而提高材料的熱電轉(zhuǎn)換效率。本研究通過高溫高壓合成技術(shù),對(duì)CoSb3基方鈷礦化合物進(jìn)行了元素的填充與置換,系統(tǒng)的研究了合成壓力以及外來原子的摻雜量對(duì)Skutterudites類熱電材料電學(xué)輸運(yùn)性能的影響。首先以 BaN6作為摻雜劑對(duì)其進(jìn)行填充實(shí)驗(yàn)。通過

3、XRD分析顯示,合成的樣品為單相CoSb3結(jié)構(gòu),空間群Im3,說明通過高溫高壓方法能夠合成方鈷礦類熱電材料。研究了壓力對(duì)Ba0.32Co4Sb12化合物的Seebeck系數(shù)和電阻率的影響,并對(duì)其功率因子進(jìn)行分析,得到:高壓固相反應(yīng)方法能夠迅速合成N型多晶體單相CoSb3化合物;堿土金屬Ba被有效地?fù)竭M(jìn)了CoSb3化合物的空洞中;合成壓力對(duì)制備的樣品的電學(xué)性質(zhì)影響顯著,在2GPa下合成的Ba0.32Co4Sb12化合物的功率因子最高達(dá)到最

4、大值為15.46μWcm-1K-2。在Ba填充CoSb3化合物的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了在Sb位固溶Te的高溫高壓研究。通過對(duì)合成樣品的電學(xué)性能測(cè)試可知:以Te為摻雜劑,通過高溫高壓方法對(duì)Sb進(jìn)行部分置換,能夠顯著地改善合成樣品的電學(xué)性能,摻雜后的樣品的電阻率全部小于未摻雜的樣品;部分樣品的Seebeck系數(shù)的絕對(duì)值得到提高;材料的功率因子增大,在710K達(dá)到24μWcm-1K-2,與未摻雜Te的熱電材料相比提高了近1.5倍。
　　通過上述