Bi-Te基热电材料的研究进展

阐述了Bi2Te3热电材料的基本特性，评述了Se，TeL4，SiC，RE（La，Ce等）的掺杂对BiTe材料热电性能的影响，以及国内外掺杂Bi—Te基热电材料的研究进展。介绍了Bi—Te基合金的制备技术的发展。最后指出通过材料的结构优化、组分调整及制备技术的改进，可以进一步提高材料的热电性能，得到理想的热电优值。     

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.     

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.     

M-Rh-O热电材料的研究进展

综述了La-Rh-O、Bi-Rh-O、Cu-Rh-O、Ca-Rh-O、Zn-Rh-O、Li-Rh-O系列铑基氧化物热电材料的最新研究工作,分析其晶体结构、制备方法、元素掺杂对热电性能的影响,认为铑基氧化物热电材料是目前很有潜能的新型热电材料。     

La掺杂P型CeyFe3CoSb12热电材料及涂层的热电性能

采用熔融-退火-放电等离子烧结工艺合成P型CoSb₃基热电材料，研究Ce掺杂量对CoSb₃基热电材料显微组织和热电性能的影响，以及La掺杂对解耦热电关系的作用。结果表明，掺杂元素La和Ce降低了热导率，使La_0.1Ce_0.8Fe₃CoSb₁₂在整个测温区间的热导率保持在1 W/(m·K)左右，对应的最高热电优值在723 K时达到0.45。以磁控溅射法制备Al-Ni涂层，通过对溅射Al-Ni防护涂层的P型La_0.1Ce_0.8Fe₃CoSb₁₂材料热电性能进行测试，发现涂层的介入并未造成材料热电性能的衰退，且涂层与基底结合良好，元素分布均匀。以钎料Ag40Cu60对P型热电元件La_0.1Ce_0.8Fe₃CoSb₁₂与电极片Mo50Cu50接头进行焊接行为研究，发现界面处宏观结合效果良好。     

Co对重掺Sm的FeSi2基热电材料电学性能的影响

用悬浮熔炼法制备了含Sm和Co的N型FeSi2 基热电材料 ,研究了Co对含Sm的FeSi2 材料电学性能的影响。结果表明 ,材料的电学性能是由两种掺杂元素共同决定的 :Sm能明显降低样品的电阻率 ,而适量的Co能提高重掺Sm的FeSi2 基热电材料的α值和功率因子 ,Co在含Sm的FeSi2 中的最佳掺杂摩尔分数为 2 .2 3%左右。     

两元P—型梯度结构热电材料FeSi2／Bi2Te3的制备与性能

采用热浸焊法用纯Sn作为过渡层制备了P－型FeSi2/Bi2Te3梯度结构热电材料并对其热电性能进行了测试,发现当热端温度在510℃以下时,梯度结构热电材料的平均Seebeck系数保持恒定,达220uV/K至250uV/K左右,显著高于单一均质材料（Bi2Te3和β－FeSi2)在相同温度范围内的平均Seebeck系数,梯度结构热电材料的输出功率较单种材料高1．5至2倍以上,且当材料经190℃,100h与200h的真空退火后,输出功率几乎不变,金相观察表明,在Sn层与两半导体界面处,没有明显的Sn 扩散迹象,说明在所试验的条件下,用Sn作为过渡层热稳定性较好。     

β-FeSi2基热电材料的研究进展

介绍了β-FeSi2合金的基本特性和制备方法。评述了目前通过不同的元素掺杂可制得N型或P型β-FeSi2基半导体材料以及在热电性能方面取得的重要大进展。其中掺杂Co,B元素可得到N型β-FeSi2基半导体材料,且掺杂Co,在850K最大ZT值为0.4;而掺杂B,高于800K时Z值是未掺杂3￣6倍,在667K最大Z值为1.18×10-4K-1。掺杂Mn,Cu,Al可获得P型β-FeSi2基半导体材料,掺杂Mn在873K时最大Z值达2×10-4K-1;掺杂Cu可缩短β相的生成时间;掺杂Al,在743K获得的最大Z值为1.55×10-4K-1。指出通过结构优化、组分调整,进一步提高β-FeSi2基合金的热电性能。     

悬浮熔炼制备Half-Heusler合金Zr1-xTixNiSn0.975Sb0.025及其热电性能

采用悬浮熔炼法合成了Zr1-xTixNiSn0.975Sb0.025(x = 0, 0.15, 0.25, 0.5)基Half-Heusler热电材料,X射线衍射结果表明所制备合金为单相.相对于常规方法,悬浮熔炼显著缩短了制备Half-Heusler合金的时间.同时研究了Ti取代及不同热压条件对材料热电性能的影响.结果表明:ZrNiSn0.975Sb0.025合金进行A位取代可降低材料的热导率,而不会明显影响其热电性能.致密度可以影响材料的热电性能,适当的热压条件可以使合金的ZT值达到最大,约为0.45.     

N型YbxCo4Sb12热电材料及涂层的制备与性能研究

采用熔融-退火-放电等离子烧结工艺制备了YbxCo4Sb12（x=0.27,0.28,0.29）合金块体样品。XRD、SEM、EDS分析表明,成功合成了Yb掺杂的单相CoSb3热电材料。当Yb含量从0.27上升至0.29,材料的功率因子随温度的升高呈现先上升后下降趋势,热导率则先下降后上升。由于相对较高的功率因子1815 μWm-1K-2以及较低的热导率2.23Wm-1K-1,合金Yb0.29Co4Sb12在773K时获得较高的ZT值0.62。以磁控溅射法对N型热电元件Yb0.29Co4Sb12进行Al-Ni防护涂层溅射,SEM、EDS表明涂层与基底结合良好,经涂层防护后的Yb0.29Co4Sb12元件热电性能稳定性较好。以钎料Ag40Cu60对热电元件Yb0.29Co4Sb12与电极片Mo50Cu50的接头进行焊接行为研究,发现界面处结合良好,界面处Co、Sb、Yb、Mo等元素未发生严重扩散。     

微波辅助MgH2固相反应法制备Mg2Si1-xSnx基热电材料及性能研究

在微波作用下利用MgH2 、纳米 Si粉 、Sn粉和Bi粉进行固相反应,结合电场激活压力辅助合成法（FAPAS）制备了高纯Bi掺杂的Mg2Si1-xSnx（0.4≦x≦0.6）基固溶体热电材料,并对其微观结构和热电性能进行了表征。研究结果表明,MgH2替代传统原料Mg粉显著降低了固相反应温度且防止了Mg的挥发和氧化,同时微波快速低温加热有效抑制晶粒长大,可获得平均晶粒尺寸为200nm的高纯产物。在300-750K的温度区间对样品热电性能进行测试,结果表明细小的片层固溶体组织和Bi的掺杂有效降低了样品热导率,同时改善了其电性能,在600K时,含1.5at%Bi的Mg2Si0.4Sn0.6热电材料具有最大ZT值0.91。     

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。     

三元缺陷化合物CuGa3Te5的热电性能

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了三元缺陷化合物Cu Ga3Te5热电半导体,并分析研究了其结构和热电性能。XRD分析结果表明,该半导体为单相化合物Cu Ga3Te5,直接带隙宽度(Eg)约为1.0 e V。经热电性能测试分析,在717 K时Cu Ga3Te5的ZT值达到最大值0.3。     

热电材料

层状Bi、Pb硫族化合物基热电材料俄罗斯巴依柯夫冶金与材料研究院BC3EMCKOB等人研究了Pb,Bi/／Se,Te三元系合金的X-射线衍射结构、金相结构及热电性能。     

热电材料微结构调控热电输运行为的研究进展

热电材料是绿色能源转化、温差电技术应用的关键材料。由于各性能指标相互抑制,材料热电性能改善遇到瓶颈。材料微结构设计协同调控热电性能为下一代热电材料发展提供了一条明确思路。本文介绍热电材料"多尺度微结构构筑"、"电子晶体离子液体"、"晶格缺陷工程"等改善热电性能的新概念,从原子、纳米、微米等尺度分析能带调控、弱键合、非简谐振动效应、纳米畴散射机制、调幅分解、能量过滤机制、相变现象等物理、化学过程对热电输运行为的影响;阐述了热电材料晶体微结构特征,总结了点缺陷、晶界、纳米畴等结构参量对能带结构、载流子自由程、晶格振动模式等物理参量的影响规律;展望了下一代高性能块体热电材料的发展方向。     

两元P-型梯度结构热电材料FeSi_2/Bi_2Te_3的制备与性能

采用热浸焊法用纯Sn作为过渡层制备了P 型FeSi2 /Bi2 Te3 梯度结构热电材料并对其热电性能进行了测试。发现当热端温度在 5 10℃以下时 ,梯度结构热电材料的平均Seebeck系数保持恒定 ,达 2 2 0 μV/K至 2 5 0μV/K左右 ,显著高于单一均质材料 (Bi2 Te3 和 β FeSi2 )在相同温度范围内的平均Seebeck系数。梯度结构热电材料的输出功率较单种材料高 1.5至 2倍以上 ,且当材料经 190℃ ,10 0h与 2 0 0h的真空退火后 ,输出功率几乎不变。金相观察表明 ,在Sn层与两半导体界面处 ,没有明显的Sn扩散迹象 ,说明在所试验的条件下 ,用Sn作为过渡层热稳定性较好。     

含钌热电材料研究进展

热电材料是能够利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,其转换效率取决于材料的热电优值ZT。介绍了几种典型的钌基合金的晶体结构特征及其热电性能,论述了钌掺杂对合金热电性能的影响规律,阐述了含钌热电材料研究现状。     

热电材料的研究现状及最新应用

热电材料是一种能实现热能和电能转换的功能材料，在能源枯竭、环境问题凸显的今天，其作为一种绿色可再生的新型能源转换材料，其重要性日渐显现。简单介绍了热电材料的热电转换原理，目前研究中改进热电材料性能的主要方式，热电材料目前主要研究的种类及最新应用领域等，以期为后续热电材料的研究提供借鉴。     

Co对Ni-Mn-Sn系哈斯勒热电合金组织与性能的影响

基于Heusler型合金的各项优异性能,运用机械球磨、真空熔炼以及热处理工艺制备了Co元素掺杂的Ni_(50-x)Co_xMn_(39)Sn_(11)(x=0,2,4,6)系Heusler型系列块体材料。采用光学显微镜,能谱仪对块体试样进行组织结构的表征,利用激光导热仪、热电参数测试系统测试试样的热电性能,研究了不同温度条件下掺杂Co元素对Ni基Heusler型合金材料的组织结构及热电性能的影响规律。结果表明:适量的Co掺杂,可以改善材料的热电性能,使得电导率随掺杂量的增加而增大。掺杂后试样的热电优值升高,且x=6试样在700K获得最大热电优值。     

SiC／CoSb3复合热电材料的制备及热电传输特性

以Co、Sb粉体为原料，利用机械合金化（MA）和放电等离子烧结（SPS）法制备SiC／CoSb3复合热电材料。采用X-射线衍射法确定机械合金化粉末和SPS烧结块体的相组成，用透射电子显微镜（TEM）观察粉体形貌和块体的显微结构。在300～800K范围内测量了复合热电材料的电阻率、塞贝克系数和功率因子，研究了纳米SiC颗粒的添加对复合材料热电性能的影响。研究结果表明，SiC颗粒的引入使复合材料的电阻率降低，功率因子提高。在680K时0．1vol％SiC／CoSb3复合材料的功率因子比单相CoSb3热电材料提高了约100μW／m·K^2。