Mg2Si基热电材料的稀土掺杂优化

采用机械研磨-电场激活压力辅助合成(FAPAS)技术,快速合成了稀土Sc和Y掺杂的Mg2Si基热电材料,所得试样组织均匀、致密,试样的平均晶粒尺寸为1.5～2μcm,微量稀土元素不改变基体材料的组织形貌.分析表明两种稀土元素均在不同程度改善热电性能,其中掺杂0.427%(摩尔分数)Sc和0.173%(摩尔分数)Y的试样...     

Preparation of rare-earth element doped Mg_2Si by FAPAS

正Rare-earth elements(Re) Sc and Y doped Mg_2Si thermoelectric materials were made via a field-activated and pressure-assisted synthesis(FAPAS) method at 1023-1073 K,50 MPa for 15 min.The samples created using this method have uniform and compact structures.The average grain size was about 1.5-2μm,the micro-content of Re did not change the matrix morphology.The sample with 2500 ppm Sc obtained the best Seebeck coefficient absolute value,about 1.93 times of that belonging to non-doped Mg_2Si at about 408 K.The electric conductivity of the sample doped with 2000 ppm Y becomes 1.69 times of that of pure Mg_2Si at 468 K,while the former had a better comprehensive electrical performance.Their thermal conductivity was reduced to 70%and 84% of that of non-doped Mg_2Si.Thus,the figure of merit and ZT of these two samples were enhanced visibly,which were 3.3 and 2.4 times of the non-doped samples at 408 K and 468 K,respectively.The maximal ZT belonging to samples doped with 2500 ppm Sc went up to 0.42 at about 498 K,higher than 0.40 of sample doped with 2000 ppm Y at 528 K and 0.25 of non-doped Mg_2Si at 678 K,and the samples doped with Sc seemed to get the best thermoelectric performances at lower temperature.     

取代基对8-羟基喹啉锂电子光谱影响的理论研究

运用密度泛函(DFT/B3LYP)方法对4种取代基(-NO2、-CN、-OH、-CH3)在8-羟基喹啉锂(Liq)五位上取代所形成的4种衍生物进行结构优化,并在此基础上应用含时密度泛函(TD-DFT)方法和单激发组态相互作用(CIS)分析了取代基对Liq前线分子轨道和电子光谱的影响.分析结果表明,不同性质的取代基对最高占据轨道(HOMO)电子云分布的影响趋势一致,而对最低空轨道(LUMO)电子云分布影响趋势不同.吸电子基使前线分子轨道能级降低,带隙增大,光谱蓝移.推电子基使前线分子轨道能级升高,带隙减小,电子光谱红移.推吸电子能力强的取代基对前线分子轨道和电子光谱的影响程度较大.     

硅纳米线复合Mg2Si基热电材料的制备与性能研究

利用溶液法混合粉体并通过电场激活压力辅助烧结(FAPAS)方法制备了不同硅纳米线含量的Mg_2Si基复合热电材料,研究了硅纳米线的掺入及含量对基体材料热电性能的影响。结果表明:硅纳米线掺入后材料电导率大幅降低,塞贝克系数基本不变,热导率小幅降低。随着硅纳米线掺量增加,材料电导率降低,塞贝克系数稍有提高,热导率有升高趋势。硅纳米线掺量为0.1at%的样品在800 K时ZT值达到最高值0.5。     

电场作用下AZ31B/Cu扩散界面的结构及性能

采用电场激活扩散连接技术(FADB)实现了AZ31B/Cu的扩散连接.利用SEM、EDS和TEM分析了扩散溶解层的显微组织、相组成和界面元素分布.采用万能试验机对连接界面的抗剪切性能进行了测试.结果表明:AZ31B与Cu通过固相扩散形成了良好的冶金结合界面,扩散温度低于475℃时扩散溶解层由MgCu2、Mg2Cu和MgCuAl组成,此时接头的薄弱环节为Mg2Cu.扩散温度为500℃时扩散溶解层由Mg2Cu、(α-Mg+ Mg2Cu)共晶组织和MgCuAl组成,共晶组织的形成导致接头的抗剪强度进一步降低,并成为新的薄弱环节.当扩散温度为450℃,保温时间为30min时,界面的抗剪强度随保温时间的延长先增大后减小,最大可达40.23MPa.     

管式反应法制备Mg_2Sn基热电材料及其性能研究

采用Mg H2代替单质Mg粉与Sn粉进行固相反应制备Mg2Sn基热电材料,有效地避免了Mg单质的挥发和氧化。在300~750 K的温度区间内对其热电性能进行了测试、分析,并与文献中报道的Mg2Sn热电性能进行了对比。结果表明,所有试样在整个测温区间均显示出n型掺杂,并且随着温度的升高,呈现逐渐向p型转变的变化趋势。掺杂Y后Mg2Sn试样的Seebeck系数有所提高,综合电性能比文献报道提高了40%,并且在350 K时获得最大的ZT值(0.033),是文献报道的Mg2Sn的ZT值(0.013)的近3倍。     

电场激活Ti/Ni扩散偶连接界面相变规律与力学性能的研究

本试验采用电场激活扩散连接技术(FADB)实现了Ti/Ni的扩散连接。研究了Ti/Ni两种材料发生界面扩散反应时新相的生成规律及其对连接强度的影响。利用扫描电子显微镜及能谱仪观察和分析了扩散层的显微组织、相组成和界面元素分布。采用万能试验机对扩散层的抗剪切性能进行了测试。研究结果表明,在电场作用下,Ti与Ni通过固相扩散形成了良好的冶金结合界面,界面处金属间化合物的生成次序依次为Ni3Ti、Ni Ti2、Ni Ti。当扩散温度≥750℃时,Ti表现出超塑性和良好的扩散性,促使扩散层中的Ni3Ti转变成富钛层,该富钛层的形成有利于接头强度的提高。界面的剪切强度随着电流的增大而增大,当电流为930~1200 A时,界面的剪切强度可达90.54 MPa。     

采用FAPAS法制备掺杂Y的Mg_2Si及其热电性能

本文通过电场激活压力辅助法(FAPAS)制备了Mg2Si和掺杂稀土元素Y的Mg2Si基热电材料,并对不同掺杂量下的试样进行物相分析及热电性能的比较。用该方法制备的两种试样均具有组织均匀,晶粒细小的结构。Y掺杂试样的电性能得到明显改善,在288-580K温度范围内,掺杂2000ppmY试样的seebeck系数随着温度的升高而增大,其绝对值大于未掺杂试样的seebeck系数。在438K时,其电导率是未掺杂试样电导率的1.67倍。此外,Y掺杂试样的热导率也明显降低了。因此,掺杂试样的热电综合性能得到了提高,其ZT值在408K达到未掺杂试样的2.23倍。     

W增强Al/Gd2O3双屏蔽复合材料的制备与性能研究

为了屏蔽中子与γ射线的危害,在Al/Gd₂0₃材料中加入W并采用放电等离子体烧结(SPS)制成Al/W/Gd₂O₃复合材料。利用扫描电镜和XRD分析了复合材料的形貌和物相结构;利用蒙特卡罗统计试验方法和粒子传输软件MCNP5对Al/W/Gd₂O₃复合材料屏蔽中子和γ射线的性能进行模拟计算。结果表明,与原铝基复合材料相比,Al/W/Gd₂O₃复合材料的力学性能优异、抗拉强度提高;拉伸断口形貌表明,复合材料断裂模式为穿晶断裂。     

FAPAS法制备稀土掺杂的Mg2Si

采用电场激活压力辅助合成（FAPAS）的方法,制备了稀土Sc、Y掺杂的Mg2Si热电材料,合成温度为1023-1073K,压力为50Mpa,所用时间约15min。所得试样结构均匀致密,平均晶粒尺寸约为1.5~2μm,微量的稀土元素不改变基体的组织形貌。掺杂2500ppmSc的式样有最大的绝对Seebeck系数,在408K达未掺杂式样的1.93倍,掺杂200ppmY的式样具有更好的电导率,在468K为未掺杂式样的1.69倍,而Sc掺杂式样具有更好的综合电性能。这两种掺杂试样的热导率分别为未掺杂试样的70%和84%。因此,这两个试样的热电优值-ZT得到了明显提高,分别在408K和468K时达到未掺杂试样的3.3倍和2.4倍。掺杂2500ppmSc的试样具有最大的ZT值为0.42,大于Y掺杂式样的0.4及未掺杂式样的0.25。Sc掺杂的式样在更低的温度区间有最佳的热电性能。