N型和P型Si80Ge20合金制备及热电性能

对N型Si80Ge20(P4)x及P型Si80Ge20Bx固溶体合金的化学计量比进行了研究,采用已总结出的最佳工艺条件,制备了一系列N型、P型固溶体合金,并比较了各系列样品的热电性能.结果表明,x=1.5的N型Si80Ge20(P4)x固溶体合金具备良好的热电性能,与未掺杂Si80Ge20固溶体合金相比,最高热电优值ZT为0.651,提高了3.34倍.x=1.5的P型Si80Ge20Bx固溶体合金也具备较佳的热电性能,最高热电优值(ZT)值为0.538.     

B掺杂p型SiGe合金的制备与热电性能表征

SiGe合金作为一种重要的高温热电材料一直被广泛关注并得到商业应用,其n型SiGe合金热电材料的无量纲热电优值(ZT)取得较大进步,但是p型SiGe合金的ZT值仍然较低。本文,以一定化学计量比均匀混合的Si、Ge、B混合粉末为原材料,使用放电等离子烧结(SPS)系统一步法合金化制备了p型Si80Ge20Bx(x=0.5,1.0,2.0)合金热电材料,并对样品的组成、微观形貌、热电性能进行了表征与分析。结果表明,放电等离子烧结过程实现原位合金化并烧结为块体材料。随着B掺杂量的增加,电导率明显提升,热导率显著下降,当温度为950 K时,热导率为1.79 W /(m?K)。在1050 K时,ZT值达到了0.899。球磨和掺杂的协同作用使得SiGe结构基体中产生不同类型的缺陷特征而散射不同波长的声子,导致硅锗合金热导率的降低。     

β-FeSi2基热电材料的研究进展

介绍了β-FeSi2合金的基本特性和制备方法。评述了目前通过不同的元素掺杂可制得N型或P型β-FeSi2基半导体材料以及在热电性能方面取得的重要大进展。其中掺杂Co,B元素可得到N型β-FeSi2基半导体材料,且掺杂Co,在850K最大ZT值为0.4;而掺杂B,高于800K时Z值是未掺杂3￣6倍,在667K最大Z值为1.18×10-4K-1。掺杂Mn,Cu,Al可获得P型β-FeSi2基半导体材料,掺杂Mn在873K时最大Z值达2×10-4K-1;掺杂Cu可缩短β相的生成时间;掺杂Al,在743K获得的最大Z值为1.55×10-4K-1。指出通过结构优化、组分调整,进一步提高β-FeSi2基合金的热电性能。     

P型和N型硅锗合金的制备及热电性能

热电优值是评价高温热电材料性能的重要指标。以硅锗基合金为研究对象,实验掺入了不同含量的硼元素和磷元素制备成P型和N型硅锗基合金。通过微观组织、热电性能的分析。结果表明,掺入杂质能够提高热电材料的热电优值。     

P型和N型硅锗合金的制备及热电性能

热电优值是评价高温热电材料性能的重要指标。以硅锗基合金为研究对象,实验掺入了不同含量的硼元素和磷元素制备成P型和N型硅锗基合金。通过微观组织、热电性能的分析。结果表明,掺入杂质能够提高热电材料的热电优值。     

Co对重掺Sm的FeSi2基热电材料电学性能的影响

用悬浮熔炼法制备了含Sm和Co的N型FeSi2 基热电材料 ,研究了Co对含Sm的FeSi2 材料电学性能的影响。结果表明 ,材料的电学性能是由两种掺杂元素共同决定的 :Sm能明显降低样品的电阻率 ,而适量的Co能提高重掺Sm的FeSi2 基热电材料的α值和功率因子 ,Co在含Sm的FeSi2 中的最佳掺杂摩尔分数为 2 .2 3%左右。     

钽管封装熔炼及热压制备Ba_xCa_((2-x))Si的热电性能研究

采用钽管封装熔炼和热压烧结技术制备了Ba_xCa_((2-x))Si(x=0,0.01,0.03,0.05)热电材料。利用X射线衍射对样品的物相结构进行表征。在300~873 K内研究了该试样的热电性能。结果表明,Ba_xCa_((2-x))Si块体材料的XRD图谱与Ca_2Si的XRD图谱对应一致,但所有样品中都出现了Ca的衍射峰。当Ba掺杂量为0.03和0.05时,样品Ba_xCa_((2-x))Si中还出现了Ba Si杂相。随着Ba掺杂浓度的增加,电导率逐渐减小,塞贝克系数则缓慢增加。在300~873 K内,Ba_xCa_((2-x))Si(x=0.01)的热导率都低于Ca_2Si的热导率。在550~873 K,Ba_xCa_((2-x))Si(x=0.01)表现了较高的热电优值ZT,在873 K时的最大ZT值为0.17。     

AgI掺杂量对n型Bi2Te2.85Se0.15材料热电性能的影响

采用机械合金化(MA)结合热压烧结(HP)技术制备了n型Bi2 Te2.85Se0.15热电材料,在常温下测量了电阻率(ρ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)等热电性能参数,考察了掺杂剂AgI的含量(质量百分比分别为0,0.1,0.2,0.3和0.4％)对材料热电性能的影响.结果表明:试样的电阻率和塞贝克系数的绝对值均随AgI掺杂量的提高而增大,热导率则随AgI掺杂量的提高而大幅降低,在AgI掺杂量为0.2％(质量)时有最大热电优值,为2.0×10-3/K.     

Ag掺杂的赝两元合金（PbTe）1—x（SnTe）x热电性能

通过对Ag元素掺杂的赝两元合金（PbTe)1-x(SnTe)x(0≤x≤0.4）热电性能进行研究发展，处于本征态的PbTe合金电导率对掺杂较为敏感。但当摩尔分数增大时，赝两元合金（PbTe)1-x(SnTe)x电导率随掺杂量的增大受到抑制，这在高温情况下尤为显著。当温度低于约423K时，掺杂量对PbTe合金的Seebeck系数影响不大；但当温度大于423K时，PbTe合金的Seebeck系数随掺杂量而增大。掺杂量越大，摩尔分数越高，同一合金的Seebeck系数变化越小。热电优值计算表明，掺杂0.02mol%的合金系较适宜于制作成分递变的热电材料（FGM）。     

自旋梯子化合物Sr_(14-x)Ca_xCu_(24-y)Co_yO_(41)中的Co替代效应

系统地研究单相Co掺杂自旋梯子化合物Sr14-xCaxCu24-yCoyO41(x=9:y=0,1,2,3;x=6:y=0,3)系列样品的晶体结构、电阻率以及热电势随Co含量的变化。随着y(Co)掺杂量的增加,晶格常数a,b,c几乎线性增加。电阻测量发现所有样品的电阻率温度关系均为半导体型,电阻率随着Co掺杂量的增加而增加。除了x=9,y=0样品外,其他样品的电阻率均可以用热激活公式ρ=ρ0exp(Δ/kBT)拟合。热电势测量发现,x=9,y=0样品的热电势显示金属型行为,其余样品均显示半导体行为,并且热电势随Co含量增加而明显增大。认为Co掺杂引入了无序、电子,并且引起空穴载流子由导电性较好的自旋梯子向导电性较差的自旋链的转移,从而减少参与导电空穴的数目,使得能隙、电阻率以及热电势增加。     

铁-镍双掺杂方钴矿的合成与热电性能

采用微波加热合成结合放电等离子体烧结制备了铁-镍双掺杂方钴矿Co_(3.8-x)Fe_xNi_(0.2)Sb_(12) (x=0.05, 0.10, 0.15, 0.20)块体材料,并对其物相组成、晶粒尺寸、元素分布、热电性能等进行了系统研究。X射线衍射分析表明,样品X射线衍射峰与单相CoSb_3相符;场发射扫描电镜分析表明,样品晶粒尺寸为1～3μm、平均尺寸为1～2μm,各元素均匀分布;电性能分析表明,Ni/Fe双掺杂对电输运性能有进一步改善,最高功率因子为2.667×10~3μW·(m·K~2)~(-1);热性能分析表明,Fe掺杂对晶格热导率影响较小,晶格热导率与晶粒尺寸有关,主要热输运机制为晶界散射,Co_(3.65)Fe_(0.15)Ni_(0.2)Sb_(12)的最小晶格热导率为2.8 W·(m·K)~(-1)。Co_(3.7)Fe_(0.1)Ni_(0.2)Sb_(12)在773 K获得最大热电优值0.50,显著高于传统方法制备的Ni/Fe单掺杂或者双掺杂样品。     

B掺杂CoSi的微观组织和单晶热电性能

研究了掺杂B后CoSi化合物的微观组织及单晶的热电性能.结果表明:B在CoSi中的最大固溶度为0.4%(摩尔分数),CoSi化合物的晶格常数随着B含量的增加线性减小,当B含量达到其最大固溶度时晶格常数不再变化;电弧熔炼制备的CoSi1-xBx材料具有很多空洞和裂纹,单晶试样大大减少了组织上的缺陷;掺杂B后CoSi0.995B0.005单晶仍为N型传导,Seebeck系数的绝对值增加,电阻率下降,热导率升高;掺杂B后热电优值(ZT)增加.     

Bi-Te基热电材料的研究进展

阐述了Bi2Te3热电材料的基本特性，评述了Se，TeL4，SiC，RE（La，Ce等）的掺杂对BiTe材料热电性能的影响，以及国内外掺杂Bi—Te基热电材料的研究进展。介绍了Bi—Te基合金的制备技术的发展。最后指出通过材料的结构优化、组分调整及制备技术的改进，可以进一步提高材料的热电性能，得到理想的热电优值。     

掺杂Cu的（In2Te3）0.08（SnTe）0.92化合物热电性能

(In2Te3)x(SnTe)1-x系列化合物具有较低的电导率和热导率,热电性能较差。考虑到其中的In2Te3单元具有三分之一的阳离子空位,可以通过掺杂Cu等外来原子来占据In的空位,使化合物的载流子浓度达到最优化,降低材料的热导率从而改善其热电性能。本组实验中,采用真空熔炼、机械球磨及放电等离子烧结技术制备了(In2-x Cux Te3)0.08(SnTe)0.92(x=0.025,0.05,0.2)系列化合物。测试结果表明,掺杂不同摩尔数的Cu元素后,材料的Seebeck系数几乎没有变化,电导率有所提高,晶格热导率L值大幅度降低,成功地抑制了高温区(In2Te3)0.08(SnTe)0.92的双极扩散效应。当x=0.2时,该化合物在647 K取得最大ZT值0.29,是掺杂Cu元素前ZT值的4.6倍。     

退火温度对Ni47Ti44Nb9冷拉丝及热拉丝力学性能和记忆性能的影响

(In2Te3)x(SnTe)1-x系列化合物具有较低的电导率和热导率,热电性能较差.考虑到其中的In2Te3单元具有三分之一的阳离子空位,可以通过掺杂Cu等外来原子来占据In的空位,使化合物的载流子浓度达到最优化,降低材料的热导率从而改善其热电性能.本组实验中,采用真空熔炼、机械球磨及放电等离子烧结技术制备了(In2-xCuxTe3)0.08(SnT)0.92(x=0.025,0.05,0.2)系列化合物.测试结果表明,掺杂不同摩尔数的Cu元素后,材料的Seebeek 系数几乎没有变化,电导率有所提高,晶格热导率kL值大幅度降低,成功地抑制了高温区(In2Te3)0.08(SnTe)0.92的双极扩散效应.当x=0.2时,该化合物在647 K取得最大ZT值0.29,是掺杂Cu元素前ZT值的4.6倍.     

Sb掺杂对Mg_2Si基化合物热电性能的影响(英文)

采用感应熔炼和真空热压的方法制备了Sb掺杂和未掺杂的Mg2Si基热电材料.研究了Sb掺杂对Mg2Si基热电材料的结构以及热电特性的影响.结果表明:通过Sb掺杂使得载流子浓度从3.07x1019 cm-3增加到1.25x1020 cm-3,电子有效质量也相应增加.测试了从室温到800 K下试样的Seebeck系数,电导率和热导率.结果显示,0.3 at%Sb掺杂使得电导率得到显著增加,在783 K时,ZT值达到0.7.     

N型YbxCo4Sb12热电材料及涂层的制备与性能研究

采用熔融-退火-放电等离子烧结工艺制备了YbxCo4Sb12（x=0.27，0.28，0.29）合金块体样品。XRD、SEM、EDS分析表明，成功合成了Yb掺杂的单相CoSb3热电材料。当Yb含量从0.27上升至0.29，材料的功率因子随温度的升高呈现先上升后下降趋势，热导率则先下降后上升。由于相对较高的功率因子1815 μWm-1K-2以及较低的热导率2.23Wm-1K-1，合金Yb0.29Co4Sb12在773K时获得较高的ZT值0.62。以磁控溅射法对N型热电元件Yb0.29Co4Sb12进行Al-Ni防护涂层溅射，SEM、EDS表明涂层与基底结合良好，经涂层防护后的Yb0.29Co4Sb12元件热电性能稳定性较好。以钎料Ag40Cu60对热电元件Yb0.29Co4Sb12与电极片Mo50Cu50的接头进行焊接行为研究，发现界面处结合良好，界面处Co、Sb、Yb、Mo等元素未发生严重扩散。     

Fe掺杂对Bi2Sr2Co2Oy热电性能和自旋关联的影响

采用固相合成法制备出系列Fe掺杂的Bi2Sr2Co2Oy，样品，并对样品进行XRD分析，电阻率（p）、热电势（固和顺磁共振研究。结果表明：Fe掺杂浓度x≤0．3时样品基本为单相。Fe掺杂使体系的电阻率略微增大，热电势显著升高，这可能与Fe掺杂降低了空穴载流子浓度有关。Fe掺杂浓度x=0．05样品获得最大的功率因子（power factor，S^2／P）。顺磁共振结果显示，不掺Fe的样品有着较强的顺磁共振（ESR）信号，随着Fe含量的增加，ESR信号向低频方向移动，并逐渐宽化减弱直至消失。这表明Fe掺杂改变了体系的自旋关联状态，占据了Co位参与了Co—O—Co之间的自旋关联。研究结果表明合适的元素掺杂可以有效地调整体系的自旋关联状态，改善材料的热电性能。     

La掺杂P型CeyFe3CoSb12热电材料及涂层的热电性能

采用熔融-退火-放电等离子烧结工艺合成P型CoSb₃基热电材料，研究Ce掺杂量对CoSb₃基热电材料显微组织和热电性能的影响，以及La掺杂对解耦热电关系的作用。结果表明，掺杂元素La和Ce降低了热导率，使La_0.1Ce_0.8Fe₃CoSb₁₂在整个测温区间的热导率保持在1 W/(m·K)左右，对应的最高热电优值在723 K时达到0.45。以磁控溅射法制备Al-Ni涂层，通过对溅射Al-Ni防护涂层的P型La_0.1Ce_0.8Fe₃CoSb₁₂材料热电性能进行测试，发现涂层的介入并未造成材料热电性能的衰退，且涂层与基底结合良好，元素分布均匀。以钎料Ag40Cu60对P型热电元件La_0.1Ce_0.8Fe₃CoSb₁₂与电极片Mo50Cu50接头进行焊接行为研究，发现界面处宏观结合效果良好。     

含钌热电材料研究进展

热电材料是能够利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,其转换效率取决于材料的热电优值ZT。介绍了几种典型的钌基合金的晶体结构特征及其热电性能,论述了钌掺杂对合金热电性能的影响规律,阐述了含钌热电材料研究现状。