Mg_2Si同质纳微米复合材料的制备及其热电性能

以平均晶粒尺寸约3μm及20 nm的Mg_2Si粉末为原料,采用放电等离子体烧结方法制备出不同纳米、微米含量的Mg_2Si纳微米复合块体材料,系统研究了纳微米结构对材料热电性能的影响.结果表明:随复合材料中纳米颗粒含量的增加,晶界散射增强,导致材料晶格热导率κ_p有明显降低;同时晶界势垒散射的增强也导致Seebeck系数α显著增加,电导率σ有一定程度的降低;综合Seebeck系数α、电导率σ、热导率κ的影响,在纳米颗粒含量为50%(质量分数,下同)、823 K时,获得最大热电优值达0.45,分别是未掺杂纳米相和完全纳米相Mg_2Si材料的1.5及1.1倍.纳微米复合结构的引入,可以获得性能更好的Mg_2Si热电材料.     

硅纳米线复合Mg2Si基热电材料的制备与性能研究

利用溶液法混合粉体并通过电场激活压力辅助烧结(FAPAS)方法制备了不同硅纳米线含量的Mg_2Si基复合热电材料,研究了硅纳米线的掺入及含量对基体材料热电性能的影响。结果表明:硅纳米线掺入后材料电导率大幅降低,塞贝克系数基本不变,热导率小幅降低。随着硅纳米线掺量增加,材料电导率降低,塞贝克系数稍有提高,热导率有升高趋势。硅纳米线掺量为0.1at%的样品在800 K时ZT值达到最高值0.5。     

热导率结晶硅1/200的纳米晶硅

<正>为节约能源利用余热而开发的热电材料,目前用的大部分是稀有金属或是毒性较强的元素,此外,热电材料必须有高导电性和低热导率。硅是地球上含量极丰富的元素,如能大幅度降低它的热导率,则前景极好。为此,日本大阪大学基础工学研究科中村茅明深入研究硅的特性,成功制出粒径只有3nm的极细纳米     

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。     

Sb掺杂对Mg_2Si基化合物热电性能的影响(英文)

采用感应熔炼和真空热压的方法制备了Sb掺杂和未掺杂的Mg2Si基热电材料.研究了Sb掺杂对Mg2Si基热电材料的结构以及热电特性的影响.结果表明:通过Sb掺杂使得载流子浓度从3.07x1019 cm-3增加到1.25x1020 cm-3,电子有效质量也相应增加.测试了从室温到800 K下试样的Seebeck系数,电导率和热导率.结果显示,0.3 at%Sb掺杂使得电导率得到显著增加,在783 K时,ZT值达到0.7.     

新能源材料

机械合金化。热压及熔淬法制造热电材料BizTe2.85Seo0.15;引入高密度界面法提高Chimney-Ladder化合物热电性能;用NaAISi合成Mn（AI,Si-1一x）2＋6固溶体及其热电性能;电弧熔炼法和放电等离子烧结法并用的Ba8AI16Si30基笼形包合物的热电性能;二维晶格缺陷对TiO：一,热导率和电导率的影响;过渡族金属氧化物热电势理论研究;在Ga节点掺Cu对AgGaTe2热电性能的影响;与离子液体复合的（Bj,Sb）2Te3基热电材料;在黄铜型结构AgGaTe2的Ga节点掺杂Cu对热电性能影响;过渡族金属氧化物巨大热电势理论     

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。     

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。     

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。     

有机纳米颗粒复合Co掺杂ZnO热电性能研究

有机-无机纳米结两端有机材料的离散轨道能级与无机半导体的连续能带差异减小时,使得纳米结界面具有选择性散射不同能量载流子的特征,有利于提高赛贝克系数和热电性能。本文利用溶胶-凝胶法合成了具有有机-无机纳米结结构的聚对苯撑(PPP)纳米复合Zn_1-xCo_xO材料。研究结果表明,较高电导率和赛贝克系数使Zn_0.925Co_0.075O/9 wt% PPP呈现较大的功率因子。另外,有机-无机纳米界面上的界面散射大大降低了热导率。因而,合成的纳米复合材料最大ZT值达到0.22,是Zn_0.925Co_0.075O基体材料的5倍。这一实验结果表明纳米结效应是提高块体热电材料热电性能的有效途径。     

GaSb添加和Sb掺杂对Mg2Si0.5Sn0.5固溶体热电性能的影响（英文）

利用B2O3助熔剂法结合热压法制备了Mg2Si0.487-2x Sn0.5(Ga Sb)x Sb0.013(0.04≤x≤0.10)固溶体。X射线衍射结果表明样品呈单相。Sb掺杂有效提高了样品的电导率。随温度升高,Mg2Si0.487-2x Sn0.5(Ga Sb)x Sb0.013(0.04≤x≤0.10)样品的电导率降低而塞贝克系数升高。随Ga Sb含量的增多,样品的电导率呈现出先增大后减小的变化趋势。所有样品中Mg2Si0.287Sn0.5(Ga Sb)0.1Sb0.013具有最低晶格热导率,其室温晶格热导率比Mg2Si0.5Sn0.5[11]低15%。由于电导率较高使Mg2Si0.327Sn0.5(Ga Sb)0.08Sb0.013具有最高热电优值,在720 K达到0.61,显著高于基体Mg2Si0.5Sn0.5[11]的最高热电优值0.019。     

GaSb添加和Sb掺杂对Mg_2Si_(0.5)Sn_(0.5)固溶体热电性能的影响(英文)

利用B2O3助熔剂法结合热压法制备了Mg2Si0.487-2x Sn0.5(Ga Sb)x Sb0.013(0.04≤x≤0.10)固溶体。X射线衍射结果表明样品呈单相。Sb掺杂有效提高了样品的电导率。随温度升高,Mg2Si0.487-2x Sn0.5(Ga Sb)x Sb0.013(0.04≤x≤0.10)样品的电导率降低而塞贝克系数升高。随Ga Sb含量的增多,样品的电导率呈现出先增大后减小的变化趋势。所有样品中Mg2Si0.287Sn0.5(Ga Sb)0.1Sb0.013具有最低晶格热导率,其室温晶格热导率比Mg2Si0.5Sn0.5[11]低15%。由于电导率较高使Mg2Si0.327Sn0.5(Ga Sb)0.08Sb0.013具有最高热电优值,在720 K达到0.61,显著高于基体Mg2Si0.5Sn0.5[11]的最高热电优值0.019。     

Effect of GaSb Addition and Sb Doping on the Thermoelectric Properties of Mg2Si0.5Sn0.5 Solid Solutions

利用B2O3助熔剂法结合热压法制备了Mg2Si0.487-2xSn0.5(GaSb)xSb0.013 (0.04 ≤ x ≤ 0.10)固溶体。X射线衍射结果表明样品呈单相。Sb掺杂有效提高了样品的电导率。随温度升高,Mg2Si0.487-2xSn0.5(GaSb)xSb0.013 (0.04 ≤ x ≤ 0.10)样品的电导率降低而塞贝克系数升高。随GaSb含量的增多,样品的电导率呈现出先增大后减小的变化趋势。所有样品中Mg2Si0.287Sn0.5(GaSb)0.1Sb0.013具有最低晶格热导率,其室温晶格热导率比Mg2Si0.5Sn0.5[11]低15%。由于电导率较高使Mg2Si0.327Sn0.5(GaSb)0.08Sb0.013具有最高热电优值,在720 K达到0.61,显著高于基体Mg2Si0.5Sn0.5[11]的最高热电优值0.019     

Al掺杂Bi2Te2.7Se0.3合金的热电性能

利用高能球磨和快速直流热压技术制备并研究了Al元素对Bi₂Te_2.7Se_0.3合金热电性能的影响。Al的掺杂提高了材料的Seebeck系数和功率因子。Bi₂Te_2.7Se_0.3Al_0.02的Seebeck系数在423K时达到了200 μVK^-1,功率因子在323K时达到了2410 μWm^-1K^-2,相比同温度下未掺杂的样品分别提高了约40%和19%;同时,纳米晶粒之间的晶界对声子散射显著降低了晶格热导率,使Bi₂Te_2.7Se_0.3Al_0.02的总热导率在323 K达到0.85 Wm^-1K^-1,比同温度下未掺杂样品降低了33%。功率因子的提高和热导率的降低使材料的热电优值ZT在373 K时达到了0.97。     

Sb掺杂Mg2-xZnxSi固溶体的热电性能

利用B2O3助熔剂法结合SPS技术制备了Mg2-xZnxSi0.99Sb0.01(0 ≤ x ≤ 0.1)固溶体。测量了300 K - 780 K温度区间内试样的电导率、塞贝克系数和热导率。发现晶格热导率随Zn取代量的增大而降低。而电导率随Zn取代量的增大而先降低后增大。讨论了影响电导率与晶格热导率的变化规律的具体内在机制。所有样品中x=0.075样品的功率影子最高,在780 K达到1.76 mWm-1K-2,比基体Mg2Si0.99Sb0.01高约18%。x=0.1样品具有最低的晶格热导率,在770 K达到2.86 Wm-1K-1。低晶格热导率使Mg1.9Zn0.1Si0.99Sb0.01具有最高热电优值,在780 K达到0.37。     

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。     

纳米复合结构热电材料研究进展

阐述了纳米复合结构热电材料的概念,介绍了制备纳米复合结构热电材料的方法,以及制备过程中存在的困难,并初步分析了纳米复合结构提高材料热电优值的原因。介绍了纳米复合结构在热电材料制备领域中的应用现状及其应用前景。     

P型和N型硅锗合金的制备及热电性能

热电优值是评价高温热电材料性能的重要指标。以硅锗基合金为研究对象,实验掺入了不同含量的硼元素和磷元素制备成P型和N型硅锗基合金。通过微观组织、热电性能的分析。结果表明,掺入杂质能够提高热电材料的热电优值。     

P型和N型硅锗合金的制备及热电性能

热电优值是评价高温热电材料性能的重要指标。以硅锗基合金为研究对象,实验掺入了不同含量的硼元素和磷元素制备成P型和N型硅锗基合金。通过微观组织、热电性能的分析。结果表明,掺入杂质能够提高热电材料的热电优值。     

硅基热电材料

正为了克服目前广泛应用的资源稀缺且具有一些毒性的Bi_2Te_3热电材料的缺点,日本东北大学寒川诚二教授等人的研究团队开发了硅基热电材料。其方法是以直径为7nm的球壳状铁蛋白为掩模,借助低损伤性中性粒子束,将硅基板蚀刻成直径小于10nm、高度为30~100nm的硅纳米细丝(量子丝),每平方厘米有1 011个,排列很有规则性,成为高密度硅量子丝排列。通过控制硅量子丝高度的方法,可将热导率降到块