納米-微米復(fù)合熱電材料熱電與力學(xué)性能研究.pdf

1、近年來(lái)，通過(guò)納米技術(shù)制備的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)熱電材料，在提高熱電材料ZT值以及力學(xué)性能方面有著光明的前景。其中最具有應(yīng)用前景的中溫?zé)犭姴牧螩oSb3是熱電材料研究的熱點(diǎn)。本論文采用P型熱電材料CoSb3作為基體，兩種不同的納米顆粒(納米α-Al2O3，單壁碳納米管)分別作為夾雜第二相，利用固相反應(yīng)、球磨混合以及SPS燒結(jié)工藝制備出納米顆粒分散均勻，致密度較好的納米/微米復(fù)合熱電材料，重點(diǎn)研究這兩種不同的納米顆粒對(duì)CoSb3熱電材料熱電與力學(xué)性

2、能的影響。
　　 對(duì)于納米α-Al2O3摻雜P型CoSb3復(fù)合材料而言，當(dāng)納米顆粒的含量為0.6wt％時(shí)，氣孔率相比無(wú)摻雜材料有所減小。少量的納米顆?？沙浞痔畛涞轿⒚證oSb3顆粒之間的空隙中，使致密度得到提高。熱電測(cè)試結(jié)果顯示：與無(wú)摻雜材料相比，隨著納米α-Al2O3含量的增加，復(fù)合熱電材料電導(dǎo)率降低，Seebeck系數(shù)增大，熱導(dǎo)率大幅度降低，而ZT值基本保持不變。力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明：由于納米α-Al2O3的摻入，誘發(fā)了穿晶斷裂

3、。材料的破壞機(jī)制由純CoSb3的沿晶斷裂改變?yōu)榇┚嗔?，大幅度提高材料的機(jī)械強(qiáng)度，但對(duì)模量幾乎沒(méi)有影響。當(dāng)納米α-Al2O3的含量達(dá)到1wt％時(shí)，材料抗壓縮強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度最大，分別達(dá)到了632.67Mpa和179.70Mpa，相對(duì)無(wú)摻雜而言分別提高了42.7％和52.0％。
　　 在P型CoSb3中摻雜少量單壁碳納米管(SCNT)，由于碳納米管呈纖維絲狀，混合難度加大，致密度大大降低。同時(shí)球磨混合過(guò)程中材料極易被氧化，少量的SC

4、NT摻雜導(dǎo)致P型CoSb3轉(zhuǎn)變成N型，電導(dǎo)明顯降低。而當(dāng)SCNT含量為3wt％時(shí)，復(fù)合材料在高溫時(shí)卻有N-P型轉(zhuǎn)變。SCNT的摻雜導(dǎo)致復(fù)合材料熱導(dǎo)率大幅度降低。當(dāng)摻雜量?jī)H為1wt％時(shí)，相比無(wú)摻雜材料其室溫下的熱導(dǎo)率下降了34％。因此少量SCNT摻雜使得復(fù)合材料ZT值略有降低，但影響不大。由于碳納米管具有極好的力學(xué)性能，少量的摻雜致使纖維絲狀的SCNT包裹著CoSb3顆粒，有助于提高CoSb3的斷裂韌性。當(dāng)SCNT含量為0.5wt％時(shí)，復(fù)