SPS法制备p-型四元Al-Bi-Sb-Te合金的微结构与热电性能

采用SPS法制备了p-型四元Al-Bi-Sb-Te合金,研究其微结构和热电性能.结果表明:Al含量直接影响材料的电、热学输运性能.当材料中Al替代Sb元素后,四元合金AlxBi0.5Sb15-xTe3(x=0.05～0.2)的电导率明显增大;在室温附近,x=0.1的合金其电导率可达3.3×104Ω-1·m-1,大约是三元Bi0.5Sb1.5 Te3合金的2倍;四元合金系的最小Seebeck系数α为115μV/K,说明材料属p-型半导体;当温度为411 K时,合金AlxBi0.5-Sb1.5-xTe3(x=0.1)的ZT值出现最大值,其值为0.58,是同温度下典型三元Bi0.5Sb1.5Te3合金的1.6倍.     

SPS法制备四元合金ZnxBi0.5Sb1.5-xTe3（x=0．05-0．4）的微观结构与电学性能

采用放电等离子火花烧结法(SPS)制备四元ZnxBi0.5Sb1.5-xTe3(x=0.05～0.4)(摩尔分数,下同)合金,得出当Zn的量为0.05时,材料的电导率出现最大值,室温附近其值为2.5×104Ω-1·m-1,大约是三元Bi0.5Sb1.5Te3合金的1.35倍.在同温度下,功率因子p值也取得最大值(1.65×10-3W·m-1·K-2),而三元Bi0.5Sb1.5Te3合金的功率因子p值为1.35×10-3W·m-1·K-2.在该合金中用Zn替代Sb元素后,合金的微结构逐渐随Zn的含量发生变化.     

SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料的组织与性能研究

通过真空熔炼、球磨制粉、冷压成形和常压烧结制备具有高热电优值的p型SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料。研究了Sn含量对SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料晶体结构、微观形貌和热电性能的影响。结果表明：SnxBi0.5-xSb1.5Te3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;添加合金元素Sn,Bi0.5Sb1.5Te3基热电材料产生大量的纳米结构缺陷。合金元素Sn含量增加, SnxBi0.5-xSb1.5Te3热电材料载流子浓度和DOS有效质量增加,有效地提高电导率和功率因子;同时声子散射增强,显著地降低晶格热导率。在300K时,Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的功率因子达3.10 mW?m-1?K-2,晶格热导率为0.358 W?m-1?K-1,ZT值为1.25。并且在300～400 K温度范围内,Sn0.015Bi0.485Sb1.5Te3的ZT值为1.25～1.33。     

SPS法制备n-型Ag掺杂四元Ag-Bi-Se-Te 合金及其热电性能

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备Ag掺杂四元Ag-Bi-Se-Te合金,并分析研究其热电性能.结果表明:掺杂Ag后,合金AgxBi(2-x)Se0.3Te2.7(x=0.005～0.04)的Seebeck系数均为负值,说明材料属于n-型半导体;当温度大约在428.0K时,x=0.04合金的Seebeck系数绝对值(|a|)出现最大值,其值为1.80×10-4V·K-1,比三元合金Bi2Se0.3Te2.7的最大值增大约16%;材料电导率随Ag含量的增加而下降.如果采用相同方法制备且成分按(Bi2Te3)0.9-(Bi2-xAgxSe3)0.1(x=0～0.4)设计的材料热扩散系数进行估算,当温度在477.0 K时,合金AgxBi(2-x)Se0.3Te2.7(x=0.04)的ZT值出现最大值,其值为0.75,比典型三元合金Bi2Se0.3Te2.7的最大值增大约0.09.     

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。     

Yb填充下Ni与Te替代对CoSb_3热电性能的影响

选取球磨-退火-SPS的方法制备了填充式方钴矿CoSb_3金属间化合物,研究了在Yb填充下,Co位Ni替代与Sb位Te替代对CoSb_3热电性能的影响。测试了300~800K的温度范围内,其热导率、电导率及赛贝克系数的值。结果表明,其热导率以及赛贝克系数的绝对值均随替代原子的增加而减小,而电导率随替代原子的增加而增加。在Yb填充及Ni与Te共同替代后,化合物获得了较好的热电优值,其热导率在700K时仅为2.2W·m-1·K-1,化合物Yb_(0.3)Co_(3.5)Ni_(0.5)Sb_(11.5)Te_(0.5)在750K热电性能最佳,ZT值为0.75。     

添加Sb的Ga2Te3合金热电性能

本研究采用等摩尔分数的Sb元素替换Ga2Te3中的Ga元素,并利用放电等离子烧结技术制备Ga1.9Sb0.1Te3合金,研究其微观结构和热电性能。结果表明,添加Sb元素后,材料的Seebeck系数为130～240μV/K,明显低于单晶Ga2Te3,电导率为3600～1740??1·m?1,至少是单晶Ga2Te3的17倍,热导率提高近25%。在649K时Ga1.9Sb0.1Te3合金的热电优值(ZT)达到最大值0.1,是同温度下单晶Ga2Te3ZT值的3倍。     

SPS法制备的赝二元合金（Ga2Te3）x-（Bi0．5Sb1．5Te3）1-x（x=0～0．2）电学性能

采用放电等离子烧结（SPS）方法制备了赝二元合金（Ga2Te3）（Bi0.5Sb1.5Te3）1-x（x=0—0．2），并研究其电学性能。结果表明，在318K时（Ga2Te3）x-（Bi0.5Sb1.5Te3）1-x（x=0．1）合金的电导率为3．7×10^4Ω^-1·m^-1，是三元合金Bi0.5Sb1.5Te3的2倍，而Seebeck系数没有明显下降。从所测得的a和σ值可知，赝二元（Ga2Te3）x-（Bi0.5Sb1.5Te3）1-x（x=0．1）合金的功率因子最大，为2．1×10^-3（W·K^-2·m^-1），是三元Bi0.5Sb1.5Te3合金的1．5倍。     

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。     

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。     

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.     

B掺杂p型SiGe合金的制备与热电性能表征

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)一步法合金化制备了p型Si₈₀Ge₂₀B_x(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950K时,热导率为1.79W/(m·K)。在1050K时,ZT值达到了0.899。球磨和掺杂的协同作用使得SiGe合金基体内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。     

定向生长Bi2Te3-Sb2Te3三元合金热电材料的组织与性能

利用Bridgman定向凝固法,在大凝固速率范围内5～1000μm/s制备出Bi2Te3-Sb2Te3三元合金块体热电材料,并对其凝固组织和不同凝固速率下合金的热电性能进行研究。结果表明:高温度梯度和大凝固速率范围内制备的25%Bi2Te3-75%Sb2Te3合金定向凝固组织由Bi0.5Sb1.5Te3单相组织组成;在较低凝固速率5μm/s下,熔体生长平界面失稳形成胞状组织,而随定向凝固速率的增加,胞状组织减少,组织细化。不同定向凝固速率下25%Bi2Te3-75%Sb2Te3合金的Seebeck系数和电阻率随着凝固速率的增加而增大。50μm/s下300～450K范围内获得功率因子(PF)在4.6×10-3～5.01×10-3W/(K2.m),并在350K时PF值达到最大值5.01×10-3W/(K2.m);而在高凝固速率500μm/s下,其功率因子也可达4.5×10-3W/(K2.m),表明高温度梯度和大凝固速率制备热电材料是一种有效的制备工艺方法。     

Enhancing room-temperature thermoelectric performance of n-type Bi_2Te_3-based alloys via sulfur alloying

Bismuth-telluride-based alloys are the best thermoelectric materials used in commercial solid-state refrigeration near room temperature.Nevertheless,for n-type polycrystalline alloys,their thermoelectric figure of merit(zT) values at room temperature are often less than1.0,due to the high electron concentration originating from the donor-like effect induced by the mechanical deformation process.Herein,carrier concentration for better performance near room temperature was optimized through manipulating intrinsic point defects by sulfur alloying.Sulfur alloying significantly decreases antisite defects concentration and suppresses donor-like effect,resulting in optimized carrier concentration and reduced electronic thermal conductivity.The hot deformation process was also applied to improve carrier mobility due to the enhanced texture.As a result,a high zT value of 1 at 300 K and peak zT value of 1.1 at 350 K were obtained for the twice hot-deformed Bi_2 Te_(2.7)Se_(0.21)S_(0.09) sample,which verifies sulfur alloying is an effective method to improve thermoelectric performance of n-type polycrystalline Bi2 Te3-based alloys near room temperature.     

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。     

SPS法制备AgSb1-xGaxTe2(x=0~0.2)的微结构和热电性能

采用放电等离子烧结技术(SPS)制备了AgSb1-xGaxTe2 (x=0～0.2),并研究其微结构和热电性能.结果表明:AgSb1-xGaxTe2具有与AgSbTe2相同的晶体结构,并形成了第二相AgGaTe2;掺Ga后,合金的Seebeck系数高于未掺Ga的参照样品AgSbTe2,热导率也低于AgSbTe2;在375 K时,摩尔分数x为0.1的合金AgSb0.9Ga0.1Te2的最大ZT值达到0.29,比AgSbTe2约高0.08.     

La_xSr_(1-x)TiO_3氧化物热电材料的制备与电传输性能

利用溶胶凝胶(sol-gel)法和放电等离子烧结(SPS)制备了单相的钙钛矿结构La_xSr_(1-x)TiO_3 (0≤x≤0.15)块体材料,与传统的固相反应法相比,烧结温度大幅降低.在室温至679 K的温度范围内测量了La_xSr_(1-x)TiO_3 (0≤x≤0.15)的Seebeck系数和电导率,确定了最佳La掺杂量x=0.08.La_0.08Sr_0.92TiO_3在679 K时,最大功率因子PF=2.95 μWm~(-1)·K~(-2),随温度升高,PF增大趋势明显,表明在高温环境中可具有更大的PF.     

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.