同构合金化对P型ZrCoSb基高熵half-Heusler合金热电性能的影响

Half-Heusler(HH)合金由于其本身具有较为优异的力学性能和高温热稳定性,已成为目前最具有应用前景的中高温热电材料之一。然而,其本身较高的本征晶格热导率阻碍了热电性能的进一步提升。本文以P型Zr Co Sb_0.85Sn_0.15合金为研究对象,基于同构合金化具有优异P型热电性能的(Nb_0.8Ta_0.2)_0.8Ti_0.2Fe Sb,通过磁悬浮熔炼和放电等离子烧结设计并制备出一种(Zr Co Sb_0.85Sn_0.15)_1-x[(Nb_0.8Ta_0.2)_0.8Ti_0.2Fe Sb]_x(x=0,0.2,0.3,0.4,0.5)高熵HH合金。微观组织分析表明,同构合金化这一策略引入了大量多尺度多衬度的第二相,这将有效增强对声子的散射。其中,当同构合金化含量为0.3时,晶格热导率在923 ...     

细晶Bi2Te3块体材料的制备及其热电性能

采用惰性气体保护蒸发-冷凝(IGC)法制备了纳米Bi及Te粉末,结合机械合金化(MA)和放电等离子烧结(SPS)工艺,在不同烧结温度(663～723K)下制备出了n型Bi2Te3细晶块体材料。利用X射线衍射分析(XRD)确定机械合金化粉末和SPS烧结块体的物相组成,借助TEM观察了粉体的粒度及形貌,SEM观察了块体试样断口显微组织结构。在323～473K温度范围内测试了烧结块体的电热输运特性。实验结果表明:纳米粉末合成的细晶Bi2Te3与粗晶材料相比,电输运性能变化不大,热导率大幅度降低,在423K时,热导率由粗晶材料的1.93W/m·K降至1.29W/m·K,并且在693K烧结的细晶块体的无量纲热电优值(ZT)在423K时取得最高ZT值达到0.68。     

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。     

AgI掺杂量对n型Bi2Te2.85Se0.15材料热电性能的影响

采用机械合金化(MA)结合热压烧结(HP)技术制备了n型Bi2 Te2.85Se0.15热电材料,在常温下测量了电阻率(ρ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)等热电性能参数,考察了掺杂剂AgI的含量(质量百分比分别为0,0.1,0.2,0.3和0.4％)对材料热电性能的影响.结果表明:试样的电阻率和塞贝克系数的绝对值均随AgI掺杂量的提高而增大,热导率则随AgI掺杂量的提高而大幅降低,在AgI掺杂量为0.2％(质量)时有最大热电优值,为2.0×10-3/K.     

NiSe_2块体材料的制备及热电性能研究

结合机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)工艺制备了NiSe_2块体热电材料。研究了MA球磨时间和SPS烧结温度对NiSe_2热电材料的物相、显微组织以及电热传输性能的影响。结果表明:当转速为425 r/min,球磨40 h后合成了约45 nm的NiSe_2纳米粉体。NiSe_2粉体是一种直接禁带半导体,禁带宽度为2.653 eV,其块体呈n型导电特征。烧结温度为773 K时,NiSe_2块体材料在323 K获得最大功率因子101μW·m~(-1)·K~(-2),热导率为7.5 W·m~(-1)·K~(-1),最大ZT值为0.0045。     

p型Ca、Ni双掺BiCuSeO层状氧化物的热电性能

选用高纯的Bi粉、Se粉、Cu粉、CuO、CaO、NiO作为原材料,采用固相结合放电等离子烧结制备不同成分的样品,测试了不同成分样品从室温RT到823 K不同温度下热电传输性能。研究结果表明,通过在Bi位掺杂Ca、Cu位掺杂Ni,可以有效的调控材料的热电性能。Bi0.94Ca0.06Cu0.94Ni0.06Se O在823 K时,电导率达到最高值5300 S·m-1,远高于BiCuSeO的电导率1100 S·m-1。同时,样品具有较低的热导率(0.9~0.4 W·m-1·K-1)和较高的Seebeck系数(200~250μV·K-1)。Ca、Ni双掺BiCuSeO体系中Bi0.94Ca0.06Cu0.94Ni0.06Se O的热电优值(ZT)在823 K时达到最大值0.55。     

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。     

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。     

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。     

SPS法制备的三元合金Ag0.405Sb0.532Te的热电性能

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了三元合金Ag0.405Sb0.532Te,并研究了它的输运性能,即Seebeck系数、电导率和热导率。结果表明,当温度从316K上升到548K时,电导率从7.6×104S·m-1下降到6.6×104S·m-1。在438K以上,热导率随温度上升逐渐增加,低于438K时,热导率趋于稳定,约为0.86W·(K·m)-1。无量纲热电优值ZT在548K时取得最大值0.65,稍高于Ag0.365Sb0.558Te三元合金的0.61。与掺Ag的AgxBi0.5Sb1.5-xTe3(x=0～0.4)合金相比,热电性能得到了改善。并再次讨论了AgxBi0.5Sb1.5-xTe3合金中析出的第二相Ag-Sb-Te三元合金的作用机制。     

Enhanced thermoelectric performance of n-type TiCoSb halfHeusler by Ta doping and Hf alloying

The p-type TiCoSb-based half-Heuslers are widely studied due to the good electrical transport properties after hole doping,while the pristine TiCoSb is intrinsically n-type.It is thus desired to obtain a comparable n-type counterpart through optimization of electron concentration.In this work,n-type Ti_(0.9-x)Hf_xTa_(0.1)CoSb half-Heuslers were fabricated by arc melting,ball milling,and spark plasma sintering.An optimized carrier concentration,together with a decreased lattice thermal conductivity,was obtained by Ta doping at the Ti site,leading to a peak figure of merit(ZT) of 0.7 at 973 K in Ti_(0.9)Ta_(0.1)-CoSb.By further alloying Hf at the Ti site,the lattice thermal conductivity was significantly reduced without deteriorating the power factor.As a result,a peak ZT of 0.9 at 973 K and an average ZT of 0.54 in the temperature range of 300-973 K were achieved in Ti_(0.6)Hf_(0.3)Ti_(0.1)CoSb.This work demonstrates that n-type TiCoSb-based halfHeuslers are promising thermoelectric materials.     

增强调制掺杂Si80Ge20基热电材料功率因子的研究

采用成熟工艺制备了N型、P型调制掺杂型Si80Ge20基固溶体合金及等化学计量比的均匀掺杂型Si80Ge20基固溶体合金,重点研究了两类固溶体合金的热电性能。结果表明：温度为773 K时,N型系列、P型系列,调制掺杂型固溶体合金较均匀掺杂型的功率因子分别提高了13.6%和49.2%,热电优值ZT分别提高了7.9%和12.9%     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

纯无机体系合成高度稳定和分散的纳米银胶

采用固相反应+放电等离子体两步法成功地制备了TiFeSb及Mn掺杂的(Ti0.75Mn0.25)FeSb两种P型Half-Heusler 热电材料,并对这两种新型热电材料体系的X射线衍射谱进行了计算模拟和试验研究,同时对其组织结构和热电性能进行了表征.试验结果表明,合成材料的X射线衍射试验谱可以与模拟计算谱很好的吻合;50℃时,TiFeSb的ZT值为0.011,而(Ti0.75Mn0.25)FeSb体系因Mn掺杂后电阻率大幅度下降,Seebeck系数变化不大,热导率下降了1.2 W·m-1.K-1,使得最终的功率因子较TiFeSb体系提高了3.5倍,ZT值提高了4.3倍.