多壁碳纳米管复合BiSbTe材料的热电性能

研究了BiSbTe/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料的球磨法制备及其热电性能(300~500 K)。采用商用BiSbTe块体作为基体材料,利用球磨及压力辅助的感应加热烧结进行致密化得到了不同复合比的BiSbTe/0.5、1.0 vol% MWCNTs复合材料。复合MWCNTs后,引入的纳米复合结构增强了声子散射,大幅降低了热导率,同时由于载流子散射的增强和较低的致密度使电导率恶化。尽管电导率降低但热导率得到抑制,BiSbTe/1.0 vol% MWCNT复合材料的热电优值与BiSbTe基体接近。结果表明,优化加工参数获得更高的致密度可以优化BiSbTe/MWCNTs复合材料的热电性能。     

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.     

高能球磨工艺对CNTs/Cu复合粉末与材料性能的影响

采用卧式高能球磨和机械合金化工艺制备了纳米碳管增强铜基(CNTs/Cu)复合粉体,并采用真空冷压烧结法制备出CNTs/Cu复合材料。研究了高能球磨工艺参数对复合粉体与材料性能的影响,包括球磨时间和搅拌轴转速对复合粉体粒度、松装密度的影响,及其对该复合材料力学性能的影响。结果表明,高能球磨技术有利于CNTs与铜的界面结合和机械合金化。高能球磨的最佳工艺条件为搅拌轴线速度为4.2/5.4 m/s和球磨时间为2~4h,得到的CNTs/Cu复合粉体中位径11.76μm,松装密度1.356 g/cm3。CNTs/Cu复合材料的致密度达94%,硬度达92 HB,抗拉强度达138 MPa。     

有机纳米颗粒复合Co掺杂ZnO热电性能研究（英文）

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。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-x)Co_xO材料。研究结果表明,较高电导率和赛贝克系数使Zn_(0.925)Co_(0.075)O/9%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_(0.925)Co_(0.075)O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。     

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。     

碳纳米管增强铜基复合材料的制备、力学性能及电导率

以CNTs、电解Cu粉、Cu(CH_3COO)_2·H_2O为原料,采用混酸处理、分子水平法结合行星球磨两步混合工艺制备含0.5%～2%(质量分数)CNTs的Cu基复合粉末,然后通过放电等离子烧结技术制备了Cu-CNTs复合材料,探讨了制备工艺及CNTs含量对Cu-CNTs复合材料的组织、电导率和力学性能的影响规律。结果表明:当CNTs含量小于1.0%时,采用两步混粉工艺制备的Cu-CNTs复合粉体均匀性、分散性良好,经烧结后可获得致密度高、CNTs分布均匀的Cu-CNTs复合材料;当CNTs含量大于1.0%时,复合材料的致密度及CNTs分布均匀性明显降低;随CNTs含量的提高,复合材料的强度先升高后降低,塑性和电导率趋于降低;相对高能球磨、分子水平法等单一混粉工艺而言,两步法制备的Cu-1.0%CNTs复合材料综合性能更优,其电导率为51.7 MS/m(89.1%IACS),维氏硬度为1130 MPa,抗拉强度为279 MPa,断后伸长率为9.8%。     

熔体处理对Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3+5%的Te合金热电性能的作用

采用直流4电极法探索P型Bi_(0.4)Sb_(1.6)Te_3+5%的Te合金的熔体结构转变温度范围,在此基础上,采用不同熔体处理工艺得到母合金,随后采用球磨、SPS烧结技术制备块体材料。结果表明,经历熔体结构转变后,烧结试样的电导率有明显提升,而Seebeck系数略有降低,故其功率因子增加。由于熔体结构转变试样具有更多的晶界以及晶体结构缺陷,增强声子的散射,使合金的热导率显著降低。因此经历熔体结构转变的试样具有更优的热电性能,且在120℃时ZT(热电材料性能参数)值最大,为1.17。     

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。     

SPS制备金刚石/铜基复合材料的组织和性能

采用放电等离子烧结(SPS)方法制备了低金刚石含量的金刚石/铜基复合材料,研究了金刚石含量对复合材料的致密度、热导率、抗拉强度和伸长率等的影响。结果表明,随着金刚石含量的增加,金刚石/铜基复合材料的致密度、热导率、力学性能都先增后减。当金刚石含量为1.0%时,复合材料的抗拉强度达到221.35 MPa;在金刚石含量为1.5%时致密度达到最大值;热导率和伸长率都是在金刚石含量为2.0%时达到最大值。金刚石/铜基复合材料的断裂机制主要是韧性断裂以及增强体界面剥离。     

粉末冶金制备50%SiC_p/Al复合材料的结构及性能

采用球磨加常压烧结的粉末冶金工艺制备50%SiC_p/6061Al(体积分数)复合材料,研究了烧结温度对该高体积分数SiC_p/Al复合材料结构与性能的影响。结果表明:球磨有利于形成成分均匀的50%SiC_p6061Al复合粉体;随着烧结温度的升高,50%SiC_p/6061Al复合材料的致密度及抗弯强度先增后减。710℃烧结的复合材料性能最佳,致密度达到97%,抗弯强度大于400 MPa。该复合材料中SiC_p呈解理断裂,而Al合金基体呈韧性撕裂的断裂特征。750℃烧结的50%SiC_p/6061Al复合材料中,SiC_p/Al界面反应加剧,生成较多的Al4C3相,导致复合材料结构劣化,性能降低。     

放电等离子烧结温度对超细晶W-40Cu复合材料的影响

采用高能球磨法制备了W-40Cu超细晶复合粉体,继而进行了放电等离子烧结(SPS),获得了致密的超细晶W-40Cu块体复合材料,着重研究了烧结温度对复合材料组织和性能的影响.结果表明,随着烧结温度升高,材料的致密度、硬度和电导率也随之升高;在950℃烧结5 min的W-40Cu复合材料,W颗粒尺寸约300～500 nm,相对致密度达98％,显微硬度HV为287,电导率为17.9 MS/m.     

碳纳米管含量对MWCNTs/Ag复合材料组织和力学性能的影响

利用化学镀法对MWCNTs镀银并通过高能球磨制备MWCNTs/Ag复合粉末,然后采用粉末冶金法制备MWCNTs增强Ag复合材料,利用扫描电镜对复合粉末的形貌以及复合材料中MWCNTs的分布进行分析,研究MWCNTs含量对MWCNTs/Ag复合材料力学性能的影响。结果表明:球磨后Ag颗粒聚集形成二次大颗粒,随着MWCNTs含量增加,颗粒聚集程度提高。MWCNTs体积分数达到10%后,MWCNTs/Ag复合材料中MWCNTs团聚严重;MWCNTs体积分数增大,复合材料强度、硬度先增大后减小,体积分数为8%时力学性能最佳,抗拉强度和屈服强度分别达到297MPa和245MPa,硬度HV_(0.1)为80.1。复合材料表现出明显的塑性断裂特征,断裂面形成了较多的韧窝,且存在明显的MWCNTs拔出现象,说明MWCNTs起到载荷传递和增强作用。     

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。     

累积叠轧SiC_p/MWCNTs混杂增强镁基纳米复合材料的组织与性能

通过累积叠轧(ARB)成功制备了带有不同混杂比例的nano-SiC_p和MWCNTs纳米颗粒增强镁基纳米复合材料,其中增强相总质量分数为2%,ARB过程共进行14道次。研究结果发现,在混杂增强相添加后,纯镁基体的晶粒尺寸得到明显细化;当SiC_p/MWCNTs质量混杂比为5∶5或7∶3时,混杂增强相在纯镁基体中呈现弥散分布;混杂增强相较两种单一增强相更加强烈地抑制了基体的再结晶。以综合性能作为标准,当SiC_p/MWCNTs的混杂质量比为7∶3时混杂增强复合材料的综合性能表现最优。     

球磨工艺对新型(TiCp+GNPs)/Cu复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法与原位内生法结合制备了(TiC_p+GNPs)/Cu复合材料,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等研究了球磨时间、球磨速度以及球料比对(TiC_p+GNPs)/Cu复合材料微观组织、致密度、导电率以及硬度的影响。结果表明：当球磨时间为15 h、球磨速度为50 r/min、球料比为3∶1时,(TiC_p+GNPs)/Cu复合材料组织致密均匀,综合性能良好,导电率达到67.3%IACS,硬度达到71 HBW,致密度达到99.6%。微观组织观察表明：烧结过程中GNPs与Ti粉发生化学反应,在GNPs与Cu基体的界面处生成纳米级TiC颗粒,有助于进一步提高铜基复合材料的力学性能。     

裂解SiOC陶瓷内涂层改善炭气凝胶复合材料抗氧化性能研究（英文）

为了提高炭纤维增强炭气凝胶隔热复合材料的抗氧化性能,以二甲基二乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷为原料配制SiOC先驱体溶胶并浸渍炭气凝胶复合材料,经凝胶老化、溶剂交换、干燥、裂解得到含SiOC内涂层炭气凝胶复合材料,重复以上步骤得到不同复合次数的抗氧化复合材料。研究表明随着复合次数增加,复合材料密度和热导率增加,复合3次的密度为0.77g/cm3(未复合之前为0.20g/cm3),热导率为0.33W/m·K(未复合之前为0.11W/m·K)。在空气中1600℃,20min抗氧化测试,质量损失率随着复合次数增加而减小,复合3次的质量损失率为10.33%,线收缩率为1.16%。通过浸渍有机硅溶胶,裂解转化后可在纳米多孔炭气凝胶复合材料内部形成内涂层,明显改善其抗氧化性能。     

热压烧结法制备W-Cu/AlN复合材料的组织与性能研究（英文）

采用高能球磨技术制备W-30%Cu(质量分数)纳米晶粉体,再通过球磨混粉的方法添加不同质量分数的纳米AlN颗粒,然后采用热压烧结法得到W-30Cu/x%AlN复合材料。研究并比较了纳米AlN的加入对材料组织结构、物理以及力学性能的影响。结果表明,W-30Cu/x%AlN复合材料都有较致密和均匀的组织结构,AlN的添加,细化了烧结体中W颗粒;纳米AlN颗粒的添加提高了复合材料的硬度,但是随着AlN纳米颗粒含量的增加,基体晶界上的增强相颗粒分布过多,而使材料的抗弯强度有所下降;少量纳米AlN颗粒(≤1%)的添加有利于W-Cu复合材料的热导率提高,随AlN添加量的增加,复合材料的电阻率升高,电导率下降。     

机械球磨对TiC/W复合材料组织性能的影响

采用机械高能球磨法制备出TiC/W纳米晶复合粉体,复合粉体经压制并在1823K烧结制备得到TiC/W复合材料.研究了机械球磨对TiC/W复合材料组织结构和力学性能的影响.结果表明,球磨后的烧结组织均匀致密,没有缝隙和空洞出现.机械球磨能够降低烧结温度,提高块体致密度和室温抗弯强度;抗弯断口形貌在球磨后逐渐变平整,断裂形貌由沿晶断裂转变为穿晶断裂.     

Mg对真空压力浸渗SiC_p/Al复合材料组织和性能的影响

采用光学显微镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等手段研究Mg含量对真空压力浸渗SiCp/Al复合材料组织和性能的影响。结果表明:Mg能提高Al合金的浸渗性能,Mg含量的增加使复合材料致密度升高。Mg促进SiC/Al界面反应的发生,当Mg含量为0~6%(质量分数)时,未观察到明显界面反应产物;当Mg含量为8%时,发生界面反应生成Mg_2Si和Al_4C_3。当Mg含量为0~6%时,由于复合材料致密度的提高及Mg对Al基体的固溶强化作用,导致复合材料强度提高;当Mg含量为8%时,生成的Al_4C_3降低Si C/Al界面结合力,使复合材料强度下降。当Mg含量为0~4%时,致密度的提高使复合材料热导率上升;当Mg含量为4%~8%时,过量的Mg使Al基体热导率降低,Al_4C_3的生成使界面热传导受阻,导致复合材料热导率下降。     

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。