掺杂PbTe基热电材料的粉末冶金法制备及其性能研究

通过溶剂热法制备出立方相PbTe纳米粉末,采用真空封管熔炼法得到PbTe基热电材料Ag0.5Pb8-xSnxSb0.5Te10的合金锭。通过高能球磨得到合金粉末,采用粉末冶金快速热压工艺制备该材料的块体材料。研究了不同Pb/Sn比在300～700K范围内对材料热电性能的影响。研究结果表明,当x=4,电导率在300K时达到1 300S/cm,在600K时达到340S/cm。当x=2,Seebeck系数在625K时达到261μV/K的最大值。功率因子达到15.9×10-4 Wm-1 K-2。     

N型(Bi_2Te_3)_(0.9)(Ag_xBi_(2-x)Se_3)_(0.1)热电材料的快速热压法制备及性能表征

采用水热法制备平均粒度约300 nm的六方相Bi2Te3纳米粉末.再以Bi2Te3粉末为原料,采用封管熔炼法制备N型(Bi2Te3)0.9(AgxBi2-xSe3)0.1(x为Ag的摩尔分数.x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金粉体材料,通过快速热压制备N型(Bi2Te3)0.9(AgxBi2-xSe3)0.1块状热电材料.在300～550 K温度范围内研究该材料的热电性能与Ag掺杂量之间的关系,以及热压工艺对材料热电性能的影响.结果表明在775 K,40 MPa条件下烧结20 min后材料的相对密度达到97%以上,晶粒大小在3岬左右.当Ag掺杂量x=0.2时,在300 K温度下热导率达到最小值0.71 W/mK,同时获得最高的热电优值(ZT值)1.07.     

快速热压制备(AgSbTe_2)_x(Pb_(0.5)Sn_(0.5)Te)_(1-x)半导体材料及热电性能研究

为了进一步提高PbTe系列合金的热电性能和降低生产成本,采用溶剂热反应合成平均粒度为500 nm的PbTe粉末,以所合成的PbTe粉末为主要原料通过封管熔炼法制备(AgSbTe2)x(Pb0.5SnvTe) 1-x(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2)系合金.所得合金锭经过高能球磨制成微米级的超细合金粉,再通过快速热压烧结制备测试用的多晶试样,所有试样的相对密度均达到90%以上.通过XRD和SEM等手段分析材料的物相组成和微观结构,研究x的变化对于该体系材料热电性能(电阻率、Seebeck系数、热导率和ZT值)的影响.研究表明,当X取值为0.1时该体系材料的热电性能得到最优化,在575 K时取得最人的ZT值为1.093.     

In掺杂对p型Bi_(0.3)Sb_(1.7)Te_3合金热电性能的影响

以p型Bi_(0.3)Sb_(1.7)Te_3合金为研究对象,探究In掺杂对其电声传输性能的影响。研究发现,随着In含量的增加,Seebeck系数上升,电导率降低,且当In含量为0.025时材料具有最优的PF,为37.02μW/(K~2·cm)。此外,In掺杂增加了材料中点缺陷的浓度和晶格畸变的程度,加强了对声子的散射,故材料热导率下降。因此,当In含量为0.050时,样品在401 K下有最优的ZT,为1.11。本文为提升p型Bi_(0.3)Sb_(1.7)Te_3合金热电性能提供了一种行之有效的方法,增加了热电材料实际应用的潜力。     

n型碲化铋基材料的制备及其热电性能研究

以Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)为基础配比,99.99%的高纯Te、Bi、Se为原料,通过高温真空熔炼合金化-无氧环境机械粉碎-精密筛分制粉-独创热压装置快速热压工艺,制备出块体n型碲化铋基热电材料。采用粒度分析仪、扫描电镜、氧氮分析仪对合金粉末的粒度和氧含量进行了测定,用X射线衍射仪对合金粉末的物相结构进行了表征,并对热压块体样品的抗弯强度进行测试。热电性能测试结果显示,所制备热压块体样品不同方向的Seebeck系数和ZT值(热电优值系数)基本相同,但电阻率和热导率有不同程度的取向,但与市购区熔热电材料相比取向度明显降低。热压块体样品的相对密度高达99%,抗弯强度达到87 MPa,最高ZT值约为0.7。该工艺的生产设备简单可靠,生产成本低,工作效率高,适合产业化。     

Na和Al双掺杂P型Bi0.5Sb1.5Te3热电材料的制备及性能研究

采用真空熔炼及热压烧结技术制备了Na和Al双掺杂P型Bi0.5Sb1.5Te3热电材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相结构和表面形貌进行了表征。XRD分析结果表明,Na0.04Bi0.5Sb1.46-x Al x Te3块体材料的XRD图谱与块体材料Bi0.5Sb1.5Te3的图谱完全对应,所有块体材料的衍射峰均与衍射卡JCPDS 49-1713对应,这表明Na和Al元素已经完全固溶到Bi0.5Sb1.5Te3晶体结构中,形成了单相固溶体合金。SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。Na和Al双掺杂提高了Bi0.5Sb1.5Te3在室温附近的Seebeck系数。在Na掺杂量为0.04时,同时Al掺杂量由x=0.04增加至0.12,电导率逐渐降低,在实验掺杂浓度范围内,Na和Al双掺杂会使P型Bi0.5Sb1.5Te3材料的电导率受到较大的损失。在300~500 K时,通过Na和Al部分替代Sb,Na0.04Bi0.5Sb1.42Al0.04Te3和Na0.04Bi0.5Sb1.38Al0.08Te3样品的热导率均有不同程度地减小,在300K时双掺杂样品Na0.04Bi0.5Sb1.42Al0.04Te3的最大ZT值达到1.45。     

Bi_2Te_3基制冷晶棒加工废粉料的回收与热电性能的优化

针对半导体制冷行业P型Bi_2Te_3基制冷晶棒的生产与加工过程中产生的废粉料,经过真空煅烧、1次熔炼及2次熔炼除去粉料中的杂质,获得Bi_2Te_3基粉末,然后加压烧结,制备P型Bi_2Te_3基块体材料,测定材料的热电性能,并通过在除杂后的Bi_2Te_3基粉末中加入单质Sb和Te,进行成分优化。结果表明,废粉料的回收率达到85.73%以上,采用废粉料制备的P型块体Bi0.53Sb1.3Te3合金在室温下的电导率仅为331.79 S/cm,热电优值为0.75。在除杂后的废粉料中加入单质Sb和Te后制备的Bi0.36Sb1.64Te3合金在室温下的电导率达到970 S/cm,热电优值为1.13,350 K下的热电优值为1.23,并且在300~470 K温度范围内的热电优值都超过1.0,性能超过了采用高纯原材料生产的P型区域熔炼产品,能够满足生产企业的要求。     

Yb掺杂对热电化合物Ca_(3-x)Yb_xCo_4O_(9+δ)电性能的影响

采用溶胶凝胶法合成Ca3-xYbxCo4O9+δ(x=0,0.15,0.30,0.45)化合物粉体,以粉体为原料结合放电等离子烧结(SparkPlasmaSinte-ring,SPS)制备出致密的块体材料。研究了Yb掺杂对热电化合物电传输特性的影响。结果表明:在300～850K温度范围内,每个样品的See-beck系数又随着温度的升高而单调增大,而Yb取代Ca可使材料的电阻率(ρ)和Seebeck系数同时增加,这是因为三价的Yb3+取代二价的Ca2+将使化合物的载流子浓度降低,当x=0.30时,材料的功率因子最佳,850K时达到0.32×10-3W.K-.2m-1。     

(Bi_2Te_3)_x/（PbSe)_(1-x)的制备与特性研究

本研究利用粉末冶金方法制备(Bi_2Te_3)_x/(PbSe_3)_(1-x),先将Bi_2Te_3与PbSe粉末均匀混合,然后冷压压力500 MPa,300 K保温烧结1 h,最后对其微观结构与热电性质进行了探讨。研究结果表明冷压时施予极大压力使得试片中出现许多细小颗粒,并有大量纯Se相析出,严重影响其热电性质。x=0.4时试片电阻率高于x=0.5与0.6时,室温下x=0.5时试片电阻率最小;x=0.5时试片的席贝克系数最大,约176.8μV/K,即席贝克系数随PbSe含量增加而变大;x=0.5与0.6时试片的热导率在温度高于280 K以后趋于平衡,而x=0.4时试片的热导率在温度高于230 K以后呈下降趋势,室温300 K下x=0.5时试片的热导率最大,约1.772 W/(m·K)。所有试片的ZT皆随测量温度的升高而增大,且x=0.5时试片于室温下具有最大的ZT,可达0.008 5。     

溶剂热法合成碲化铋纳米粉末及其热电性能研究

采用溶剂热法合成碲化铋纳米粉末,随后进行热压烧结制备热电材料,并对粉末的物相和粒度及烧结材料的热电性能进行检测和分析。分析结果表明,采用TeO2为碲源比采用Te粉为碲源所制备碲化铋粉末的相纯度更高、结晶性能更好、晶粒度更小。当溶剂热反应温度为130、140℃时,所制备粉末中还残留有少量Bi、Te单质相和BiTe相;当反应温度为150、160℃时,得到的粉末为Bi2Te3纯相,而150℃下反应所得粉末的晶粒度更小,结晶性能良好。溶剂热-热压烧结法所制备碲化铋热电材料比传统区域熔炼-热压烧结法所制备材料具有更低的热导率及更优的综合热电性能。