纳米BaTiO3复合Cu1.8S块体的热电性能和力学性能研究

Cu_1.8S作为一种P型半导体热电材料,具有环境友好、原料丰富、价格低廉等优点而受到广泛关注。本研究采用机械合金化(Mechanical Alloying, MA)结合放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering, SPS)工艺制备了一系列Cu_1.8S-x wt%BaTiO₃ (x =0,0.075,0.1,0.15,0.2)块体材料,研究了复合纳米BaTiO₃对Cu_1.8S的相结构、微观形貌、热电性能及力学性能的影响。结果表明,纳米BaTiO₃的加入不影响Cu_1.8S的相结构、晶胞参数和载流子浓度;纳米BaTiO₃均匀分布在Cu_1.8S基体的晶界处产生钉扎效应进而细化晶粒并产生气孔。Cu_1.8S-0.2 wt%BaTiO₃样品在773 K时获得最低的热导率2.2 Wm^_-1K^_-1,所有样品的ZT值基本保持不变约0.39 (773 K)。同时Cu_1.8S-x wt%BaTiO₃块体样品的维氏硬度由82 (x = 0)增加到87 (x = 0.2)。本研究表明在Cu_1.8S中复合纳米BaTiO₃可以在不影响材料热电性能的前提下有效提升块体样品的力学性能,为后续Cu-S体系热电性能和力学性能的协同提升提供了思路,有利于制备高机械性能且稳定耐用的Cu-S体系的热电器件。