FeTe<sub>2</sub>化合物快速制备及电学输运性能研究

利用真空高温烧结的方法,在803K~923K的温度范围内快速合成了单相的合金化合物FeTe<sub>2</sub>。在制备温度为863.15K时,考查了不同保温时间对制备单相样品FeTe<sub>2</sub>的影响规律。制备出的样品进行了XRD和SEM分析,并在室温下对样品进行了电阻率和Seebeck系数的测试分析。研究结果表明：在温度803K~923K的温度范围内,采用高温烧结反应能够快速制备出单相的多晶体化合物FeTe<sub>2</sub>;制备出的样品内部均匀存在许多微米级孔洞。经室温电学性质测试,样品在制备温度为863.15K保温时间60min时获得最大Seebeck系数88.21μV/k。当制备温度为803.15K保温时间30min时,获得最小电阻率为7.86 mΩ.cm。样品在制备温度923.15K保温30min时,获得最大功率因子53.82 μW/(m.k<sub>2</sub>)。     

固相反应法快速制备纳米结构CoSb_3及其热电性能（英文）

采用固相反应法成功合成了具有纳米结构的p型Co Sb3。采用XRD和SEM对样品的物相组成和晶体结构进行了表征。在室温下对不同温度和保温时间制备的样品进行了电学性质测试,选择了室温功率因子较高的样品,研究了不同温度下的热电性能。结果表明:采用球磨结合固相反应法可以制备出单相的方钴矿热电材料,所制备的样品内部含有孔径均匀的微气孔,晶粒尺寸在纳米范围。当制备温度为863 K时,在测试温度469.8 K时,样品获得最大Seebeck系数222.64μV/K。当样品制备温度903 K时,样品测试温度570 K时获得最大功率因子132.17μW/(m·K~2),且在测试温度600 K时得到最大的热电优值ZT约为0.053。     

宽带隙n-型半导体CuIn5Se8的热电性能研究

利用放电等离子烧结技术制备了宽带隙三元半导体化合物CuIn5Se8,并对其热电性能进行了研究。物相分析表明,化合物为单相CuIn5Se8,带隙宽度为1.13eV,比In2Se3合金的低。电学性能测试结果表明,随温度升高Seebeck系数绝对值从370.0μV·K1降低到263.0μV·K1,而电导率则随温度迅速增大。在818K时,其电导率达到最大值2.921031·m1,热导率为0.50W·K1·m1,最高热电优值ZT值达到0.33。     

高压制备CoSbS1-xSex(x=0~0.3)的热电性能

利用一步高压烧结方法制备了CoSbS_(1-x)Se_x基固溶体合金,测试并分析了其结构和热电性能。结果表明,高压能够加快反应速率,快速制备出单相CoSbS化合物;加入少量Se能够同步优化3个热电参数:即提高Seebeck系数,降低电阻率和热导率。在673 K时,CoSbS_(0.8)Se_(0.2)具有最大的品质因子ZT～0.25,约为母体材料CoSbS的4倍,而且在相同温度条件下高压合成样品的ZT远高于传统方法(固相反应结合放电等离子体烧结)制备CoSbS_(1-x)Se_x的数值。这些结果表明,高压方法是制备CoSbS基热电材料的一种有效方法。     

固相反应法快速制备纳米结构的CoSb3及其热电性能

采用固相反应法成功合成了具有纳米结构的p型COSb₃。样品的物相组成和晶体结构采用XRD和SEM进行了表征。在室温下对不同温度和保温时间制备的样品进行了电学性质测试,选择了室温功率因子较好的样品,研究了不同温度下的热电性能。研究结果表明：采用球磨结合固相反法应制备可以制备单相的方钴矿热电材料,所制备的样品内部含有孔径均匀微气孔,晶粒尺寸在纳米范围。当制备温度为863 K时,样品获得最大塞贝克系数222.64 μV/k。当测试温度570 K时,样品获得最大功率因子132.17 μW/(mK^₂)。当样品制备温度903 K时,在600 K时得到最大的热电优值ZT~0.053。本研究为方钴矿热电材料的快速制备提供了一种新的技术途径。     

热电氧化物SmBaCuFe_(1-x)Co_xO_(5+δ)的制备与电学性能

利用溶胶-凝胶法和固相烧结法制备了单相钙钛矿型Sm Ba Cu Fe1-xCoxO5+δ(x=0,0.3,0.5,0.7)陶瓷。样品的致密度较高,均在90%以上。在303~1023 K的温度范围内测试了其电导率和Seebeck系数。样品的电导率随着x值的增大而明显增加,在1023 K时电导率从0.75 S/cm提高到了41.24 S/cm。拟合电阻率与温度的关系,得到的激活能值随着x值的增大加而明显降低,从0.38 e V降低到0.23 e V。综合电导率和Seebeck系数,确定了Fe位替换Co的最佳浓度在x=0.3附近,Sm Ba Cu Fe0.7Co0.3O5+δ样品的功率因子随着温度升高而增加,在1023 K时最高可达0.241μW·cm-1·K-2。     

Mg2Si的微波固相合成及其热电性能

为了解决Mg2Si传统制备方法中Mg的氧化、挥发等问题,采用微波低温固相反应法合成Mg2Si热电材料。用XRD分析手段研究合成产物的结构及相组成。在300到700K的温度范围内,对材料的电导率、Seebeck系数和热导率随温度的变化进行测量。结果表明,当Mg过量8%、加热功率为2.5kW时,于853K保温30min,可以得到单相Mg2Si热电化合物。在测试温度范围内,Mg2Si具有较高的品质因数ZT值,在600K温度下达到0.13。     

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.     

N型赝三元机械合金化掺Er合金粉体的制备及其冷压烧结样品的热电性能研究

采用机械合金化方法制备了掺杂稀土Er的n型赝三元(Bi_2Te_3)_(0.90)(Sb_2Te_3)_(0.05)(Sb_2Se_3)_(0.05)合金粉体,XRD分析表明,经100h球磨实现了稀土Er与赝三元晶体的合金化,通过SEM图片分析表明,球磨100h后颗粒尺寸达到5~50nm量级。使用n型赝三元掺Er合金粉体在烧结时间0.5h下制备了冷压烧结块体,在室温下测量了Seebeck系数(α)和电导率(σ),结果表明,随烧结温度的升高,Seebeck系数表现逐渐减小的趋势,电导率逐渐随烧结温度增加而增大。随着Er掺杂浓度的增加,冷压烧结样品的Seebeck系数绝对值呈先增加而后减小趋势,在掺杂浓度为0.2%(质量分数)时达到最大,约为159.6μV·K~(-1),电导率随掺杂浓度的增加逐渐变大。     

新型热电材料β—Zn4Sb3的电学性能

采用真空熔炼和烧结的方法制备了新型热电材料β-Zn4Sb3。X射线衍射分析表明样品为单相。2种样品从室温到723K温度范围内的电学性能测量表明,β-Zn4Sb3在500K～650K时具有较高的功率因子,真空熔炼样品的性能要优于烧结样品,其功率因子在623K时达到最大值3.9μW.cm^-1.k^-2。β-Zn4Sb3在热电转换领域有潜在的应用前景。     

放电等离子烧结制备（ZnO）mIn2O3织构材料及其热电性能研究

以Zn(OH)2和In2O3为原料,用放电等离子烧结(SPS)技术制备了层状结构的(ZnO)mIn2O3(m=5,7,9)织构热电材料。通过XRD、SEM以及ZEM表征样品的物相、显微组织和电输运性能,分析了m值和烧结温度的影响机制。结果表明,(ZnO)mIn2O3(m=5,7,9)块体材料在平行于压力方向沿(00l)择优取向,呈层状结构特征。固定烧结温度为1323K时,(ZnO)7In2O3样品在773K取得最大功率因子1.88×10-4W·m-1K-2。优化(ZnO)9In2O3样品的烧结温度,发现降低烧结温度增加了Seebeck系数,1223K烧结时在773K取得最大功率因子2.2×10-4W·m-1K-2。     

PtW电阻应变合金

研究两种 PtW 合金的物理—机械性能以及热处理和冷加工对性能的影响。合金经稳定化处理后获得高的电阻率和低的电阻温度系数,在高温下抗氧化良好,性能稳定。在室温当面缩率大于98%时可以得到很高的电阻应变灵敏系数和抗拉强度。两种合金都是单相固溶体,但是与一般的固溶体不同,在高温长时间加热或缓慢冷却时电阻率增大,冷加工时则又减小。硬态试样在不同温度退火时发现电阻率在850℃最大。这种反常现象是由于 K 状态形成“不均匀固溶体”所致,其中的原子分布是短程有序的。     

烧结因素对SPS制备单相ZrB_2陶瓷的影响

以粒径为15μm的ZrB_2粉末作为原料,在烧结温度1800℃、压力30 MPa条件下,采用放电等离子烧结(SPS)制备出单相ZrB_2陶瓷,并研究了不同加热速率和不同保温时间对ZrB_2陶瓷烧结体烧结行为、物相、微观结构、致密度及开、闭孔率的影响。采用XRD、FESEM分别分析了样品的相组成和微观形貌,采用阿基米德排水法测量了样品的致密度、开孔率和闭孔率。结果表明,加热速率和保温时间对ZrB_2陶瓷烧结体的物相、微观结构及致密度等影响显著,并得出加热速率150℃/min和保温时间5 min为最佳烧结工艺,所制备出的ZrB_2陶瓷烧结体纯度高、致密度为95.1%、开孔率为1.2%、闭孔率为3.7%。     

放电等离子体烧结Cu(In0.7Ga0.3)Se2四元合金靶材 的结构和导电性研究

本文选用650℃条件下真空合成的Cu(In0.7Ga0.3)Se2单相合金粉末,通过放电等离子体烧结法制备了CIGS合金靶材,研究了烧结温度、保温时间以及烧结压强等工艺参数对CIGS四元合金靶材的结构与性能的影响,研究表明：烧结温度为500℃以上时,靶材为单一的Cu(In0.7Ga0.3)Se2相,随着烧结温度的升高,靶材的晶粒尺寸增大,致密度和电阻率基本呈线性升高;随着保温时间的延长,靶材晶粒尺寸随之增大,致密度和电阻率也随之升高;随着烧结压强的提高,靶材的致密度增加,而且电阻率得到下降。综上所述,烧结温度为600℃,压强为30MPa,保温时间为5min的工艺条件下,制备靶材的电阻率50Ω?cm,致密度为98%以上。     

K+掺杂改性的Ca3Co4O9基氧化物热电性能

用溶胶-凝胶法和放电等离子烧结(SPS)制备了层片状结构的(Ca1-xKx)3Co4O4陶瓷,烧结块体相对密度可达97%～99%.XRD(X-ray Diffraction)和SEM(Scanning Electronic Microscope)分析结果表明当K的掺杂量x＜0.08时为单一的Ca3Co4O9相,SPS烧结可以使样品带有一定的织构取向.在室温至700℃的范围内测量了不同K掺杂量时样品电导率和Seeback系数,测试结果表明,当K的掺入量小于0.06时,随着掺入量的增加,可以显著提高样品的电导率(400℃～700℃)和Seebeck系数.其中,700℃时(K0.06Ca0.94)3Co4O9样品的功率因子P=4.43×10-4W·m.-1K-2,与Ca3Co4O9(P=3.51×10-4W.m.-1K-2)相比提高了26.2%,表明K掺杂是改善Ca3Co4O9高温热电性能的有效途径之一.     

退火处理对室温制备Bi0.5Sb1.5Te3薄膜热电性质的影响

利用射频磁控溅镀法在SiO2/Si基板上制备了Bi0.5Sb1.5Te3薄膜样品,并且测量了薄膜样品在不同退火时间与退火温度下的热电性质。结果表明,薄膜样品经30 h退火后的热电性质与1 h退火后的热电性质相差不大,这说明长时间退火并不是Bi0.5Sb1.5Te3薄膜的最佳退火时间。而在不同退火温度下,样品的塞贝克系数在275～300℃退火下降比较快,当退火温度为300℃时降至最小,约为181μV/K;而其电阻率则随退火温度的升高呈现出先减小后增大的趋势,退火温度为225℃时具有最小的电阻率,约为6.1 mΩ.cm。最后本文得出经225℃退火10 min后可得到最佳的热电性质,即薄膜样品的塞贝克系数为208μV/K,电阻率为6.1mΩ.cm,功率因子则为6.9×10-4W/(m.K2)。     

SPS烧结对磷酸镧晶体取向及热导率的影响

以放电等离子体烧结（Spark Plasma Sintering：SPS）技术制备了相对密度较高的磷酸镧（LaPO4）陶瓷，利用X射线衍射（XRD）分析了不同压力对LaPO4陶瓷晶体取向的影响，并测得在1350℃，40MPa下保温3min样品从室温到1473K的热导率，结果表明：利用SPS制备的LaPO4陶瓷出现了较为明显的织构，其（200）晶面与（120）晶面XRD衍射峰积分面积的比值由无压烧结时的0．5989增加到SPS烧结压力为50MPa时的2．2409，所测热导率随温度升高迅速降低，在高温又有所回升，其中室温热导率较无压烧结时低。     

常压烧结法制备ZnO陶瓷靶材

采用凝胶注模成型技术制备ZnO陶瓷坯体,并在较低温度下常压烧结后获得相对密度达98.6%、晶粒尺寸为1.35μm的陶瓷靶材,研究工艺参数对ZnO陶瓷靶材的相对密度、晶粒生长和电阻率的影响。结果表明:ZnO陶瓷靶材的相对密度随烧结温度升高而增大,在1050℃时达到最大值。适当增大升温速率或延长保温时间都有利于提高其相对密度。晶粒尺寸随升温速率的升高而减小,随保温时间的延长而增大。提高烧结温度和增加保温时间都可降低ZnO陶瓷靶材的电阻率。ZnO陶瓷靶材经1400℃烧结3 h后,获得的电阻率最小(为1.75×10-2?·cm)。     

制备工艺对N型Bi_2Te_(2.4)Se_(0.6)合金热电性能的影响

采用缓慢冷却和液氮淬火两种真空熔炼工艺得到Bi2Te2.4Se0.6合金铸锭,再将铸锭研磨后热压烧结制备N型多晶样品。采用XRD、FESEM、激光热导仪及电学性能测试仪对样品的物相组成、断面形貌和热电性能进行分析和研究。结果表明:制备的多晶样品为单相;振动研磨得到的粉末热压后保留大量的微米级(1~5μm)颗粒。结合取向因子的计算结果可以推断,样品中无明显的晶粒择优取向;采用液氮淬火制备的样品由于晶粒细化的影响,其热导率显著降低,热电性能得到改善。在300~500 K温度范围内,液氮淬火试样BTSRS-OM-HP具有最大的功率因子和最低的晶格热导率;室温至500 K范围内,样品的晶格热导率保持在0.42~0.51 W/(m.K)之间,在468 K时,获得最大ZT值0.87。     

β-氮化硅粉烧结氮化硅陶瓷热导率

以自蔓延高温合成β-氮化硅粉为原料,添加稀土化合物Y2O3和MgO复合烧结助剂,采用放电等离子烧结后高温热处理的方法制备氮化硅陶瓷。研究β-氮化硅粉体制备致密氮化硅陶瓷的条件。讨论粉体种类(β-氮化硅或α-氮化硅)及SPS保温时间对氮化硅陶瓷热导率的影响。研究表明,采用β-氮化硅粉体制备的氮化硅陶瓷的热导率比采用相同工艺α-氮化硅粉体制备的氮化硅陶瓷高15%以上。采用SPS工艺在1873K烧结5min,然后再在2173K保温3h可以获得致密的氮化硅陶瓷,其热导率高达105W·(m·K)-1。