机械合金化制备β-FeSi2热电材料的研究

采用MA(Mechanical Alloying)法进行β-FeSi2热电材料的合成研究.以Fe粉(Fe>98%),Si粉(Si>99.9%)为原料,将Fe、Si 元素粉末按原子分数Fe33Si67混合,并将混合料放入高能星型球磨机进行长时间球磨.经不同的工艺进行机械合金化并取样,借助XRD、DSC等手段进行分析.研究结果表明在机械合金化大约20h以上开始形成ε-FeSi相,至机械合金化大约40h有β-FeSi2形成,随时间的延长β-FeSi2相增多.     

元素掺杂对合成β-FeSi2的影响

采用燃烧合成热压工艺制备热电材料β-FeSi2,研究Cu、Al元素含量对合成β-FeSi2的影响。利用X射线衍射仪和扫描电镜分析合成的铁硅化合物的相组成及其微观结构形貌。结果表明:在共析反应α→β+Si生成β-FeSi2的过程中,随Cu含量增加,反应速度提高。当掺入原子分数为0.8%的Cu时,α相完全转变为β相;铝的掺入可以提高原始粉料利用率,且铝对α-Fe2Si5向β-FeSi2转变的促进作用不太明显。为了避免铝的过多掺入,在掺入2%Al的同时掺入0.2%Cu,α-Fe2Si5完全转变为β-FeSi2,β相的峰值达到最高。热压烧结试样的断口形貌显示:α-Fe2Si5在共析反应中生成了尺寸均匀的β-FeSi2小颗粒,Si单质弥散分布于其周围,整个产物呈疏松多孔状。     

热电氧化物的制备和性能研究进展

近年来，由于热电氧化物具有优良的性能，适合于在空气气氛和高温环境中工作，无毒性，无环境污染等问题，制作简单，可以直接在空气中烧结，不需真空等优点，而受到了广泛的关注。对热电氧化物的各种制备方法进行了概述和评论，重点介绍了热电氧化物新的制备方法及其性能研究进展，并对未来发展前景进行了分析，通过掺杂碱金属、碱土金属和稀土等元素提高氧化物的电导率，细化晶粒降低热导率，从而制备高性能的热电氧化物陶瓷材料。     

热处理工艺对铁硅化合物相转变的影响

讨论了热处理温度和保温时间对铁硅化合物相转变的影响.通过一系列的热处理试验总结铁硅化合物的相变规律,得出了制备β-FeSi2最佳的工艺参数.结果表明:掺杂Cu的燃烧合成产物经过热处理可显著增强β-FeSi2相,减少了α-Fe2Si5相;当铁硅原子比x(Fe)∶x(Si)=l∶3,热处理条件为800℃、2h时完全消除了α...     

成型压力和掺杂对Na1.4Co2O4基材料性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Na位掺杂Sr和Li(掺杂量分别为0.1,0.2,0.3和0.4)的Nal.4Co2O4基热电材料,研究了成型压力和掺杂对Nal.4Co2O4基材料电导率、Seebeck系数和功率因子等热电性能的影响.采用XRD分析了NaxCo2O4基热电材料的相组成.研究结果表明:掺杂Sr和Li制备的Nal.4Co2O4基材料的主晶相均为γ-Nal.4Co2O4;增加成型压力及掺杂Li均可明显提高材料的电导率、Seebeck系数和功率因子;当Li掺杂量为0.4时,在310MPa下制备的Nal.4Co2O4基材料的功率因子为7.44mw·m-1·K-2,明显高于未掺杂试样;适量掺杂Sr也可一定程度上提高材料的热电性能.     

方钴矿热电材料的研究进展

回顾了熔融法、固相反应法、机械合金化和放电等离子烧结技术等方钴矿热电材料的制备方法及其特点，重点阐述了在方钴矿化合物中固溶F2，Ni等元素，以及在方钴矿化合物中填充碱土或稀土元素对热电性能的改进；同时介绍了低维化对方钴矿化合物的热电传输特性的影响。提出了优化方钴矿化合物热电性能的途径。     

机械合金化结合放电等离子烧结技术制备热电材料的研究进展

近年来,热电材料研究取得重要突破,不仅传统Bi₂Te₃、PbTe基热电材料性能得到提升,同时还发现一批新型高性能热电材料,如SnSe、GeTe等。热电材料性能的提升不仅取决于材料成分、结构及缺陷,还与制备工艺密不可分。机械合金化（mechanical alloying,MA）结合放电等离子体烧结（spark plasma sintering,SPS）的粉末冶金技术是制备热电材料的重要方法,该方法简单、高效,获得的晶粒尺寸较小,同时可以引入纳米结构和缺陷,有助于降低晶格热导率,获得高热电性能。此外,基于机械合金化结合放电等离子体烧结技术制备出的块体材料具有更优的力学性能,可以有效地增强热电器件的使用寿命。本文介绍了机械合金化与放电等离子体烧结方法制备热电材料的基本原理和关键影响因素,并概述了利用该方法制备的碲化物、硫化物和硒化物基热电材料的研究进展。     

退火对CoSb3块体热电性能的影响

采用烧结和退火工艺制备了CoSb3块体热电材料，并探讨了退火对热电性能的影响。用X射线衍射分析了样品的相组成，用电常数测试仪和激光热导仪测试了样品的热电性能。结果表明，退火前后样品具有相同的相组成，其电阻率随着温度的升高而降低，具有典型的半导体电学特征；在相同温度下退火样品的ZT值低于或近似于未退火的样品，因此退火对于提高和改善CoSb3块体材料的热电性能没有明显作用。     

陕西铧厂沟金矿床AuⅠ矿体黄铁矿热电性特征及深部找矿预测

铧厂沟金矿床矿体赋存在泥盆系三河口群地层内，严格受构造控制。为了指导深部探矿工作，通过系统采集分析铧厂沟金矿床AuⅠ矿体深部黄铁矿样品，对成矿温度、剥蚀率、黄铁矿热电性、热电性参数进行了研究。结果表明：AuⅠ矿体剥蚀率在现有坑道工程内为19%～26%,向深部逐渐升高至30%以上。黄铁矿热电性导型为P型和N型，热电系数为-201.20～901.20μV/℃。分析认为，AuⅠ矿体黄铁矿热电系数在910～830 m中段数值高，其热电性导型主要为P型。在深部钻孔采集的样品分析数据显示：黄铁矿热电系数有所增高，热电性导型具有从P型向P-N型转换的特征，表明现阶段AuⅠ矿体仍处于浅部位置，深部存在较大延伸，推测在64勘探线—112勘探线具有较好的找矿潜力。     

Bi_2Te_3基制冷晶棒加工废粉料的回收与热电性能的优化

针对半导体制冷行业P型Bi_2Te_3基制冷晶棒的生产与加工过程中产生的废粉料,经过真空煅烧、1次熔炼及2次熔炼除去粉料中的杂质,获得Bi_2Te_3基粉末,然后加压烧结,制备P型Bi_2Te_3基块体材料,测定材料的热电性能,并通过在除杂后的Bi_2Te_3基粉末中加入单质Sb和Te,进行成分优化。结果表明,废粉料的回收率达到85.73%以上,采用废粉料制备的P型块体Bi0.53Sb1.3Te3合金在室温下的电导率仅为331.79 S/cm,热电优值为0.75。在除杂后的废粉料中加入单质Sb和Te后制备的Bi0.36Sb1.64Te3合金在室温下的电导率达到970 S/cm,热电优值为1.13,350 K下的热电优值为1.23,并且在300~470 K温度范围内的热电优值都超过1.0,性能超过了采用高纯原材料生产的P型区域熔炼产品,能够满足生产企业的要求。     

热喷涂法制备热电发电机技术

热喷涂技术可以应用于热电发电机(TEG)的制备,是一项非常有前景的节能技术,能加强热电发动机大表面和高温服役下的废热回收,但目前受到材料和制备技术方面的限制。制备TEG至少需要四种材料,以热喷涂方法制备成复合涂层。涂层包括电绝缘体层、导电层、p型/n型半导体热电活性材料层。本文应用APS,HVOF和HVAF三种热喷涂方法探讨了TEG的制备技术。技术难点在于达到涂层之间的有效结合,其中以陶瓷涂层上喷涂金属涂层的难度最大。应用热喷涂技术制备TEG时,应保证复合涂层的某些涂层位于同一高度水平,例如n型和p型半导体层。因此,可以通过优化复合涂层中各种材料服役性能,制备适当的模具,以满足TEG制备的各项技术要求。     

Ni掺杂对β-Cu2Se薄膜微观结构和热电性能的影响

采用磁控溅射的方法和粉末真空烧结的Cu-Se合金靶材,使用高真空磁控溅射技术在单晶Si(100)衬底上制备掺杂Ni的β-Cu₂Se热电薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子探针和能谱仪(EDS)分别研究薄膜的相组成、表面和截面形貌、微区元素含量与分布。利用塞贝克(Seebeck)系数/电阻分析系统LSR-3测量沉积薄膜的Seebeck系数和电阻率,研究Ni含量对β-Cu₂Se薄膜热电性能的影响。结果表明,使用烧结的Cu-Se合金靶材和利用磁控溅射技术可制备出仅有单一β-Cu₂Se相的薄膜,Ni掺杂没有改变β-Cu₂Se相结构,而是在薄膜中形成替位式固溶体,沉积薄膜具有高度(111)晶面择优取向。在沉积的β-Cu₂Se薄膜中,当Cu与Ni原子含量之和与Se原子含量比(([Cu]+[Ni])/[Se])大于2.0,具有p型导电特征。随Ni含量的增加,沉积β-Cu₂Se薄膜的载流子浓度增加,而载流子迁移率下降。在所研究的温度范围内,掺杂...     

高电导率小分子热电材料的合成及其热电性能研究

低电导率是限制有机热电材料广泛应用的主要原因.文章设计合成了一种高电导率有机热电材料,4-{2,7-双[4-(4-氟苯基)]-9-(4-磺酰基丁基)-9H-氟-9-基)丁基亚硫酸钾(FPD-PF2),其本征电导率达到23.4 S cm-1.通过旋涂FPD-PF2制备的热电薄膜的载流子迁移达到4.9 cm2 V-1s-1,功率因数达到65.5μW m-1 k-2,表现出良好的应用潜力.     

化学溶液沉积法制备CazC04O9热电薄膜材料研究

本次实验制备了不同的前驱液,分别利用旋涂法及超声雾化法成功地在SiO2／Si衬底上生长出了Ca3C04O9热电薄膜。利用XRD检测技术对薄膜样品进行了物相分析,用金相显微分析技术分析了薄膜的表观相貌。实验结果表明,在SiO2／Si衬底生长出的Ca3C04O9薄膜具有一定的择优取向,雾化法制备的薄膜样品具有较好的表观质量。     

化学溶液沉积法制备Ca_3Co_4O_9热电薄膜材料研究

本次实验制备了不同的前驱液,分别利用旋涂法及超声雾化法成功地在SiO2/Si衬底上生长出了Ca3Co4O9热电薄膜.利用XRD检测技术对薄膜样品进行了物相分析,用金相显微分析技术分析了薄膜的表观相貌.实验结果表明,在SiO2/Si衬底生长出的Ca3Co4O9薄膜具有一定的择优取向,雾化法制备的薄膜样品具有较好的表观质量.     

N型(Bi_2Te_3)_(0.9)(Ag_xBi_(2-x)Se_3)_(0.1)热电材料的快速热压法制备及性能表征

采用水热法制备平均粒度约300 nm的六方相Bi2Te3纳米粉末.再以Bi2Te3粉末为原料,采用封管熔炼法制备N型(Bi2Te3)0.9(AgxBi2-xSe3)0.1(x为Ag的摩尔分数.x=0.1,0.2,0.3,0.4)合金粉体材料,通过快速热压制备N型(Bi2Te3)0.9(AgxBi2-xSe3)0.1块状热电材料.在300～550 K温度范围内研究该材料的热电性能与Ag掺杂量之间的关系,以及热压工艺对材料热电性能的影响.结果表明在775 K,40 MPa条件下烧结20 min后材料的相对密度达到97%以上,晶粒大小在3岬左右.当Ag掺杂量x=0.2时,在300 K温度下热导率达到最小值0.71 W/mK,同时获得最高的热电优值(ZT值)1.07.     

Bi2Te3基热电材料输运性质优化策略研究进展

随着能源需求的持续增长和不可再生资源的不断耗竭,世界各国高度关注新型能源的开发,同时也致力于提高工业废热的回收率和利用率。热电材料是一种能够实现热能和电能直接转换的固态介质,以其为核心的热电器件不含运动附件且不排放污染物,已在半导体制冷和局部热管理领域实现商业化,例如户外制冷机、车载冷柜、光电芯片和功率激光器的控温装置等。热电制冷非常适于小空间热源的主动冷却,可能成为下一代通讯和信息技术的热管理难题中唯一可行的解决方案。Bi2Te3基化合物作为近室温区兼具稳定理化性质和优异输运性质的热电材料,一直受到学术界和产业界的广泛关注。本文在概述热电材料研究背景和制备方法的基础上,从能带工程、声子散射工程、热变形工艺、结构低维化等方面对热电性能的优化方法进行了归纳,并对未来机遇进行了展望。     

急冷甩带对Bi2Te2.7Se0.3热电材料微观结构与电性能的影响

采用急冷甩带法和放电等离子体烧结(SPS)制备得到了块体Bi2Te2.7Se0.3热电材料,在室温下测量其热电性能,Seebeck系数最高达到-139.33μV·K-1,功率因子也有所提高,最大值1.71×103w·m-1·K-2,计算得到最大热电优值0.421.材料经急冷甩带后,微观组织结构发生变化,内部缺陷增多,晶粒细化,改变了载流子的散射机制,增强了声子散射.虽然电导率有一定程度减小,但Seebeck系数增大,热导率减小,提高了热电性能.     

热电半导体发电器和致冷器的应用前景

本文介绍了温差发电器和热电致冷器的工作原理,阐述了热电半导体在热电发电和热电致冷方面产业化的应用现状及前景,分析了热电发电器和热电致冷器产业化的研发方向。     

铝热反应合成法制备β-FeSi_2及Al元素对其相变的影响

利用铝热反应合成方法制备了不同铝含量的FeSi_2粉末材料,采用XRD、SEM和EDS等方法对FeSi_2粉末材料的组成和相结构进行表征,并研究了不同铝含量和退火时间对FeSi_2结构的影响及其作用机制。结果表明,不同铝含量下可一步铝热反应制备出α-FeSi_2,同时还有少量的ε-FeSi和杂质;随铝含量的增加,α-FeSi_2的比重减小,ε-FeSi的比重增大;铝含量为0%,5%,10%,20%的FeSi_2材料粉碎后其粒度分布和颗粒形貌相近,平均粒度分别为997,785,950和1 084 nm。退火处理中,Al元素的存在加速了α-FeSi_2向β-FeSi_2的相转变,并且在退火100 h后,含铝材料中α-FeSi_2相向β-FeSi_2相发生了完全转变,而不含铝材料中仍有20.72%的α-FeSi_2未发生相转变。