SiNWs-Mg2Si復(fù)合熱電材料的制備與性能研究.pdf

1、熱電材料是一類能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料，利用其可進(jìn)行溫差發(fā)電與熱電制冷。由熱電材料制作的熱電器件具有簡(jiǎn)易輕巧、經(jīng)久耐用、反應(yīng)靈敏、環(huán)?？煽康葍?yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣闊。鎂硅基熱電材料原料豐富、安全無(wú)毒且熱電性能優(yōu)秀，近年來(lái)十分引入關(guān)注。本文通過(guò)將Mg2Si、Bi粉與由化學(xué)刻蝕法刻蝕后的單晶Si片置于無(wú)水乙醇中同步超聲振蕩，得到硅納米線(SiNWs)、Bi和Mg2Si的混合粉體，并通過(guò)電場(chǎng)激活壓力輔助燒結(jié)(FAPAS)方法制備

2、出2at.％Bi摻雜的SiNWs-Mg2Si塊體復(fù)合熱電材料，采用掃描電鏡、透射電鏡等手段對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，利用熱電測(cè)試儀與激光閃光熱常數(shù)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其熱電性能進(jìn)行表征，通過(guò)剪切試驗(yàn)與剪切斷口顯微觀察對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了研究分析。
　　本研究采用0.035mol/L AgNO3(aq)與20wt％HF酸的混合液為化學(xué)刻蝕液，常溫刻蝕3h，可制得直徑50-500nm、長(zhǎng)度可達(dá)幾十微米的硅納米線陣列;以Mg2Si粉、Bi粉和利用化學(xué)刻

3、蝕法刻蝕后的硅片為原材料，在無(wú)水乙醇中超聲混合后真空烘干，經(jīng)FAPAS燒結(jié)可制得致密度良好的SiNWs-Mg2Si復(fù)合熱電材料。經(jīng)超聲振蕩與FAPAS快速燒結(jié)工藝后，硅納米線可完整保存于基體中，并呈均勻分布狀態(tài);硅納米線摻入后材料載流子濃度與遷移率均降低進(jìn)而使電導(dǎo)率明顯降低，Seebeck系數(shù)基本不變，熱導(dǎo)率顯著降低。隨著硅納米線摻量增加電導(dǎo)率進(jìn)一步降低，Seebeck系數(shù)稍有提高，而熱導(dǎo)率開始上升;常溫下當(dāng)硅納米線含量由0.1at.％

4、增至0.3at.％時(shí)，材料載流子遷移率下降14.2％，電導(dǎo)率下降28.2％; Seebeck系數(shù)增加12.1％;熱導(dǎo)率升高13.7％。摻0.1at.％SiNWs樣品熱電性能最優(yōu)，ZT值在800K時(shí)達(dá)到最大為0.5。硅納米線摻入后Mg2SiBi0.02塊體材料的剪切強(qiáng)度顯著提高，含0.3at.％SiNWs樣品的剪切強(qiáng)度可達(dá)8.43MPa，比未摻SiNWs樣品提高了近兩倍;同時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著硅納米線摻量增加，材料剪切斷裂形式由解理斷裂與沿晶斷裂