Bi-,2-Te-,3-基熱電材料的制備與性能研究.pdf

1、熱電材料是利用塞貝克效應和佩爾帝效應將熱能和電能相互轉換的功能材料,是高新技術能源領域的關鍵材料,在熱電發(fā)電和熱電制冷方面具有廣闊的應用前景。本文采用機械球磨(MM)/機械合金化(MA)、惰性氣體蒸發(fā)一冷凝法等制粉方法和放電等離子燒結技術(SPS)相結合制備Bi2Te3基熱電材料,系統(tǒng)研究球磨工藝、摻雜元素含量和晶粒度等因素對Bi2Te3基熱電材料物相組織結構、熱電性能影響。 首先對p型Bi2Te3基熱電材料的制備工藝進行了探索

2、,采用MM/MA-SPS工藝制備了p型Bi2Te3基熱電材料。研究結果表明:MM/MA-SPS工藝制備Bi2Te3基熱電材料試樣抗彎強度達到80MPa左右,并且試樣可加工性也高于傳統(tǒng)制備方法。當MM粉體細化到一定程度,隨著球磨時間延長,其粒度也難以進一步降低。球磨10h的試樣在室溫時具有最低的熱導率,ZT值達到0.995;采用MA-SPS工藝球磨2小時后Bi、Sb和Te粉末已經(jīng)完成合金化,形成單相(Bi0.25Sb0.75)2Te3。隨

3、著球磨時間的延長,層片組織生長更具方向性,p型(Bi,Sb)2Te3合金的載流子熱導率所占比重要高于晶格熱導率。球磨2h的樣品具有最低的熱導率及較高的電性能,其ZT值在323K時為1.16,在373K達到最大值1.23。 其次對n型Bi2Te3基熱電材料的制備工藝進行了研究,通過MA-SPS工藝制備了n型(Bi1-xAgx)2(Se,Te)3合金塊體。首先系統(tǒng)研究了球磨工藝對x=0,x=0.02合金顯微結構和熱電性能的影響。研究

4、結果表明：當球磨時間增加后,合金的層片狀組織明顯增加,層片的厚度減小。Ag元素的摻雜改變了化合物晶格缺陷,使合金電導率及熱導率大幅下降。Ag元素的摻雜對熱導率的主要是降低了合金的載流子熱導率。x=0.02合金球磨5h燒結體ZT值在323K時達到0.55。在此基礎上研究了Ag置換分數(shù)(x=0～0.1)對(Bi1-xAgx)2(Se0.04Te0.96)3合金熱電性能的影響。采用相同的球磨工藝(干磨5h),改變Ag元素的含量,其中x=0.0

5、4燒結塊體試樣ZT值在323K達到0.66。對(Bi0.96Ag0.04)2(Se0.04Te0.96)3合金制備工藝進一步改善以提高其熱電性能,其中干磨5h后再濕磨10h的燒結試樣ZT值在323K時為0.69,在373K時達到0.74。 采用惰性氣體蒸發(fā)-冷凝法初步探索了制備Bi2Te3納米合金粉末的條件,結合放電等離子燒結技術快速燒結的特點,得到納米層片狀組織。采用比名義成分Bi過量40wt.％的塊體原始材料可以制得符合化學