鋇銦雙原子填充方鈷礦基熱電材料的制備、熱電性能和服役行為.pdf

1、方鈷礦是最具應用前景的中溫熱電材料之一，但目前方鈷礦熱電材料的研究大都集中于采用填充原子和結(jié)構(gòu)低維化方法提高其熱電性能，而對該材料的顯微結(jié)構(gòu)和熱電性能在高溫服役環(huán)境下的演變特征及規(guī)律卻很少研究。本文采用真空熔融結(jié)合放電等離子燒結(jié)(SPS)和化學包覆法結(jié)合SPS技術分別制備n型 Ba0.3In0.2NixCo4-xSb12(x=0～0.1，△x=0.02)熱電材料和 SiO2/Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12(△R=1

2、，5，10，20和40 nm)納米復合材料，并系統(tǒng)研究了兩種(Ba，In)雙原子填充方鈷礦基熱電材料的結(jié)構(gòu)和熱電性能。在此基礎上，研究了兩種材料在450℃下周期性淬火和長期退火環(huán)境的服役行為。 ⑴Ba0.3In0.2NixCo4-xSb12熱電材料的熱電性能研究表明：隨x增大，電導率增加，Seebeck系數(shù)絕對值減小，熱導率先降低后升高，x=0.05時單相材料的ZT值最大，800 K時達到1.14。SiO2/Ba0.3In0.

3、2Ni0.05Co3.95Sb12納米復合材料的熱電性能研究表明：隨SiO2包覆厚度增加，其電導率減小，Seebeck系數(shù)絕對值先減小后增大再減小，熱導率降低，包覆厚度為1 nm時復合材料的ZT值基本無變化，但40 nm時800 K時的ZT值由未包覆的1.25減至0.67，減小了46.4％。 ⑵Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12熱電材料的服役行為研究表明：隨淬火次數(shù)增加和退火時間延長顯微結(jié)構(gòu)的演變特征為Sb揮

4、發(fā)、Ba原子析出并富集于晶界處、出現(xiàn)第二相和晶界相脫落破壞現(xiàn)象；熱電性能隨淬火次數(shù)增加的演變特征為電導率先減小后增大，Seebeck系數(shù)絕對值增大，熱導率先降低后升高，淬火2000次后800 K時的ZT值由淬火前的1.19減至1.10，僅減小了0.09；隨退火時間延長熱電性能的演變特征為電導率先減小后增大再減小，Seebeck系數(shù)絕對值增大，熱導率的演變規(guī)律有待研究，退火40天后800 K時的ZT值由退火前的1.22減至1.11，僅減小

5、了0.11。 ⑶SiO2包覆厚度為3 nm的SiO2/Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12納米復合材料的服役行為研究表明：其顯微結(jié)構(gòu)和表面各元素的分布狀態(tài)在淬火2000次和退火40天后均未見明顯變化，SiO2包覆可顯著提高材料的熱穩(wěn)定性；隨淬火次數(shù)增加和退火時間延長，熱電性能的演變特征為電導率減小，Seebeck系數(shù)絕對值增大，淬火時熱導率先升高后降低再升高，退火時熱導率的演變規(guī)律有待研究。淬火2000次后80