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。     

Ga、K双掺杂对N型Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)材料热电性能的影响

采用真空熔炼及热压方法制备了Ga和K双掺杂N型Bi2Te2.7Se0.3热电材料。XRD分析结果表明,Ga和K已经完全固溶到Bi2Te2.7Se0.3晶体结构中,形成了单相固溶体合金。SEM分析表明,材料组织致密且有层状结构特征。通过Ga和K部分替代Bi,在300~500 K的大部分温度范围内,Ga和K双掺杂对提高Bi2Te2.7Se0.3的Seebeck系数产生了积极的作用,同时双掺杂样品的电导率也得到明显的提高。Ga和K双掺杂样品的热导率都大于未掺杂的Bi2Te2.7Se0.3,Ga0.02Bi1.94K0.04Te2.7Se0.3合金在500 K获得ZT最大值为1.05。     

Ga、K双掺杂P型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3材料的制备及热电性能

采用真空熔炼和热压方法制备了Ga和K双掺杂Bi0.5Sb1.5Te3热电材料。XRD结果表明,Ga0.02Bi0.5Sb1.48-x Kx Te3块体材料的XRD图谱与Bi0.5Sb1.5Te3的XRD图谱对应一致,但双掺杂样品的衍射峰略微向左偏移。热压块体材料中存在明显的(00l)晶面择优取向。SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。Ga和K双掺杂可使Bi0.5Sb1.5Te3在室温附近的Seebeck系数有一定的提高,而双掺杂样品的电导率均得到了不同程度的提高,其中Ga0.02Bi0.5Sb1.42K0.06Te3样品的电导率得到较明显的改善。在300~500 K测量温度范围内,所有双掺杂样品的热导率高于Bi0.5Sb1.5Te3的热导率,在300 K附近双掺杂样品的ZT值得到提高,其中Ga0.02Bi0.5Sb1.42K0.06Te3样品在300 K时ZT值达到1.5。     

SnTe热电材料的制备与性能

采用球磨和快速热压的方法制备了SnTe样品。通过改变球磨时间来控制SnTe样品的晶粒大小,再通过改变Sn含量来填补Sn的本征空位,来实现载流子浓度的调控,研究了不同的球磨时间及成分对SnTe材料热电性能的影响。结果表明:控制球磨时间可有效地控制SnTe材料晶粒的大小,降低其晶格热导率;添加适当过量Sn的样品,空穴载流子浓度大幅下降,其低温段的性能得到了大幅度的提升;当Sn的摩尔比过量3%时,空穴载流子浓度下降到2.2×10~(19) cm~(-3)。SnTe材料的热电优值(ZT)在500℃时达到0.76,略高于相同温度下文献所报道。由于本文材料低温段热电性能的大幅优化,其PF_(eng)和ZT_(eng)值显著提高。     

微波快速合成-烧结制备ZrNiSn半赫斯勒热电合金

开展了ZrNiSn热电块体材料的微波快速合成-烧结研究,并对样品的物相组成、电性能、热性能、微观结构和综合热电性能进行了测试和表征分析。相组成分析表明,采用微波固相合成在4~5 min内即获得了单一相纯度很高的ZrNiSn合金,但存在少量杂质Sn;合成样品经30 min微波烧结后,部分Sn因二次反应而消除。电性能分析表明,电阻率较高为13.7~16.9μ?·m,从而对功率因子产生较大影响,功率因子最高为1683μW·m~(-1)·K~(-2)。热性能分析表明,ZrNiSn样品的热导率随着温度升高而降低,热导率最大为4.288 W·m~(-1)·K~(-1),晶格热导率仅为2.86~3.96 W·m~(-1)·K~(-1),热性能良好。微观结构分析表明,微波烧结抑制了ZrNiSn晶粒长大,ZrNiSn基体晶内和晶界分布有大量纳米晶粒,绝大部分属于晶内析出,且分布较均匀,少部分分布在晶界。综合热电性能ZT值随测试温度的增加显著上升,在573~673 K获得最大值0.25。     

新型热电材料β—Zn4Sb3的电学性能

采用真空熔炼和烧结的方法制备了新型热电材料β-Zn4Sb3。X射线衍射分析表明样品为单相。2种样品从室温到723K温度范围内的电学性能测量表明,β-Zn4Sb3在500K～650K时具有较高的功率因子,真空熔炼样品的性能要优于烧结样品,其功率因子在623K时达到最大值3.9μW.cm^-1.k^-2。β-Zn4Sb3在热电转换领域有潜在的应用前景。     

Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料的微观结构与热电性能EI北大核心CSCD

采用合金设计、真空熔炼、快速凝固、球磨制粉、冷压成形和常压烧结工艺,制备了Cu、S掺杂的n型Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料,采用XRD、SEM和ZEM-3热电测试系统等表征热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能,研究Cu、S掺杂的n型Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料热电性能机理。结果表明:Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料晶体结构为R-3m空间群斜方晶系的六面体层状结构;掺杂Cu的Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料,形成Cui间隙缺陷和Bi′Te反位缺陷,随着载流子(电子)浓度增加,载流子迁移率降低,电导率显著增大;掺杂S的Bi_(2)Te_(2.62-z)SzSe_(0.3)热电材料,生成化学键健能较Bi-Te强的Bi-S,抑制反位缺陷Bi′Te形成,少数(空穴)载流子浓度减小,同时增强声子对声子散射和点缺陷对声子散射,从而使晶格热导率和双极扩散热导率降低,总热导率明显降低,抑制塞贝克系数的减少;Cu、S共掺杂的协同作用,n型Cu_(y)Bi_(2)Te_(2.62-z)SzSe_(0.3)热电材料电导率增大,而热导率基本不变,由此ZT值和功率因子显著提高;在300~400 K温度范围内,Cu_(0.03)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)的电导率约为7.0×10^(4)S/m,塞贝克系数约为220μV/K,功率因子约为2.4 m W/(m·K^(2)),热电优值(ZT值)约为1.0。Cu_(0.03)Bi_(2)Te_(2.62)S_(0.08)Se_(0.3)热电材料可广泛应用于低温尤其室温条件下的热电制冷器件和温差发电电池。     

微波快速合成碲掺杂方钴矿及其性能研究

采用微波快速合成结合放电等离子(SPS)烧结技术,制备了不同Te掺杂量的Co_3Sb_(3-x)Te_x(x=0、0.4、0.5)样品。并对其进行物相组成、微观结构、电性能、热性能等表征分析。XRD图谱表明微波辐射时间4～5min可以合成高纯度的CoSb3化合物;通过SEM进行微观结构分析表明,采用微波快速合成能够得到晶粒尺寸1～10μm,结构致密,晶粒均匀的样品;电性能分析表明,Te的掺杂极大地降低了材料的电阻率,其中Co_3Sb_(2.5)Te_(0.5)室温时电阻率为4.98μΩ·m,在423～673K测试范围内功率因子1400～1800μW·m-1·K-2;热性能分析表明Te掺杂极大地降低了材料热导率,其热导率为4.4～5.2W·m~(-1)·K~(-1),晶格热导率仅为2.3～4.2W·m~(-1)·K~(-1),说明其具有良好的热性能。热电优值ZT在测室温度范围(283～773K)内随温度升高显著增大,最大值达到0.29。     

退火对高压烧结Gd掺杂Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)纳米晶热电性能的影响

以Bi粉、Te粉、Se粉、Sb I3粉、Gd粉为原料,用高压烧结法制备了Gd掺杂的n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料,对制备的样品分别在573、603、633 K真空退火36 h。用粉末XRD和FE-SEM研究了样品的物相及显微形貌;在298~473K范围内测定了样品的热电性能。建立了Bi2Te3基材料的禁带宽度与压力和体积的近似关系式,利用此关系式较好解释了高压烧结样品在退火前后热电性能的变化特性。研究结果表明制备的样品在退火前后均为纳米结构。高压烧结和Gd掺杂使样品晶胞尺寸变大,禁带宽度减小。退火使高压烧结样品的电导率提高,塞贝克系数增大,热导率降低。样品于633 K退火36 h后具有较好的热电性能,在423 K时其ZT达到最大值为0.74。     

Al掺杂Bi2Te2.7Se0.3合金的热电性能

利用高能球磨和快速直流热压技术制备并研究了Al元素对Bi₂Te_2.7Se_0.3合金热电性能的影响。Al的掺杂提高了材料的Seebeck系数和功率因子。Bi₂Te_2.7Se_0.3Al_0.02的Seebeck系数在423K时达到了200 μVK^-1,功率因子在323K时达到了2410 μWm^-1K^-2,相比同温度下未掺杂的样品分别提高了约40%和19%;同时,纳米晶粒之间的晶界对声子散射显著降低了晶格热导率,使Bi₂Te_2.7Se_0.3Al_0.02的总热导率在323 K达到0.85 Wm^-1K^-1,比同温度下未掺杂样品降低了33%。功率因子的提高和热导率的降低使材料的热电优值ZT在373 K时达到了0.97。     

部分填充Skutterudite化合物La_yCo_(4-x)Fe_xSb_(12)与未填充Skutterudite化合物Co_(4-x)Fe_xSb_(12)的制备及热电性能(英文)

采用机械合金化-热压成形-退火工艺制备了部分填充Skutterudite化合物LayCo4-xFexSb12（x≤1,y≤1）,对比研究了填充化合物LayCo3.5Fe0.5Sb12与未填充化合物Co3.5Fe0.5Sb12的热电性能。结果表明,稀土元素La的填充使热导率显著下降,但同时也降低了功率因子,导致材料热电优值上升不大。因此,要提高材料热电优值,还须优化材料电性能。     

P型Yb_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物的制备及热电性能

采用熔融法制备了P型填充式方钴矿化合物Yb_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12),并研究了Co位Fe掺杂对该化合物热电传输特性的影响.在300～850 K的温度范围内,测试了化合物的电导率、赛贝克系数和热导率.结果表明,化合物的主要相组成为Yb_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12),EPMA结果显示化合物中含有微量FeSb_2和CoSb_2杂质相.化合物的赛贝克系数均为正值,表明为p型半导体.随着Fe掺杂量的增加,化合物的电导率增加,晶格热导率降低,最小室温晶格热导率仅为1.33 W·m~(-1)K~(-1),对于化合物Yb_0.29Fe_1.2Co_2.8Sb_(12),在800 K时获得最大热电优值ZT约为0.67.     

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。     

Bi_2Te_3和Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3的机械合金化法制备及其热电性能

用机械合金法制备了Bi2 Te3和Bi0 .5Sb1 .5Te3两种热电材料。XRD分析表明两种材料分别在球磨 1 75h和 31 5h后完全合金化。机械合金化合金粉末冷压后在不同温度烧结并测量了热电性能 ,其中Bi0 .5Sb1 .5Te3材料480℃烧结样的最高Seebeck系数约为 2 0 0 μV/K。     

锗相的存在对Sr_8Ga_(16)Ge_(30)clathrates结构热电材料性能的影响

无机clathrate结构化合物是非常有前景的热电材料.在镓取代的锗基clathrate结构热电材料的合成中,普遍存在锗的第二相.本研究合成了多晶Sr_8Ga_(16)Ge_(30) clathrates 结构热电材料.用X射线衍射结合样品抛光表面的背散射电子像对样品中锗相的含量进行表征.测试可知,材料表现为n型半导体,随着Ge相含量的增大,Seebeck系数绝对值增大,电导和热导率减小.功率因子最大为12.8 μW·K~(-2)cm~(-1).Sr_8Ga_(16)Ge_(30)样品在650 K的最大ZT值达到0.65.     

Na_(1.4)Co_2O_4基热电材料的溶胶-凝胶法制备及表征

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Sr, Li和Cu的Na_1.4Co₂O₄基热电材料, 采用XRD分析了Na_1.4Co₂O₄基热电材料的相组成.通过DTA-TG曲线确定材料的预烧结和终烧结温度分别为450和850 ℃. 研究了掺杂量对Na_1.4Co₂O₄基材料电阻率、Seebeck系数和功率因子等热电性能的影响. 结果表明, 掺杂Li可降低Na_1.4Co₂O₄的电阻率, 掺杂 Sr和Cu使材料的电阻率增加; 掺杂Li和Cu可大幅度提高Na_1.4Co₂O₄的Seebeck系数和功率因子; 掺杂Sr的改善效果不显著, 掺杂Li的效果最好; 当Li掺杂量为0.40, Na_1.4Co₂O₄基热电材料的功率因子在15℃时达到最大值 7444.73 μW?m^-1?K^-2.     

Thermoelectric properties of MxMo6Te8 （M=Ag, Cu）

Ag and Cu filled Chevrel phase MxMo6Te8 (x=1.0, 2.0) samples were synthesized by direct solid state reaction and spark plasma sintering. The electrical and thermal properties were investigated in the temperature range of 300-800 K. The results show that both the electrical and thermal properties are affected by filler atoms. Although the electrical conductivity of MxMo6Te8 is slightly higher than that of state-of-the-art thermoelectric material, such as filled skutterudites, the absolute value of Seebeck coefficient is relatively low. Due to the phonon scattering by the filler atoms, the decrease of the thermal conductivity and the lattice thermal conductivity is obvious. As a result, the dimensionless figure of merit(ZT) is improved over the whole temperature region. The highest ZT value is 0.034 at 800 K for the AgMo6Te8 sample.     

机械合金化法制备的Mn15Bi34Te51和La15Bi34Te51热电材料

用机械合金化法制备了Mn15Bi34Te51和La15Bi34Te51合金，XRD分析表明Mn15Bi34Te51和La15Bi34Te51分别在真空球磨150h和100h后实现合金化，La15Bi34Te51在真空球磨150h后形成了纳米结构的合金，镧原子的加入有助于Bi2Te3基合金的晶粒细化及非晶化。对La15Bi34Te51合金的XRD结构分析表明镧原子有可能进入了Bi2Te3层状结构的Te-Te原子层间。La15Bi34Te51合金Seebeck系数的测量表明当晶粒尺寸减小到纳米尺寸时，载流子散射机制有可能发生改变，导致了Seebeck系数的大幅上升。     

掺杂Al的(In2Te3)0.09(SnTe)0.91化合物热电性能

以等摩尔分数的Al元素替代(In2Te3)0.09(SnTe)0.91中的In元素,利用放电等离子烧结技术、采用相同的工艺制备了(In2Te3)0.09(SnTe)0.91和(In1.9Al0.1Te3)0.09(SnTe)0.912种化合物,并对两者的微观结构和热电性能进行对比。结果表明,掺杂Al元素后,材料的Seebeck系数降低很小,电导率为1×1052.3×1051·m1,是掺杂前的2.43倍,晶格热导率L值大幅度降低。在693K时,掺杂Al后的化合物ZT值达到最大值0.4,是同温度下掺杂前ZT值的2倍。     

Thermoelectric properties of Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/polyaniline composites prepared by mechanical blending and in-situ polymerization

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｃｏｎｖｅｒｔｔｈｅｒｍａｌｅｎｅｒｇｙｄｉｒｅｃｔｌｙｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｅｎｅｒｇｙｏｒｉｎｒｅ ｖｅｒｓｅ[1～ 4 ] .Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅＳｅｅｂｅｃｋｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔα ,ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙσ ,ａｎｄｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃ ｔｉｖｉｔｙκ ,ｏｒｂｙｔｈｅｉｒｃｏｍ…