钯基合金热电材料研究进展

热电材料是能够利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,主要为半导体合金材料。本文论述了钯掺杂对合金热电性能的影响规律,介绍了几种典型的钯基合金的晶体结构特征及其热电性能,阐述了钯基合金热电材料研究现状。     

PbTe基合金的热压制备与热电性能

以Pb粉,Te粉和PbI2粉为原料,采用固相合成方法合成了掺杂PbI2(0.03,0.05,0.1,0.3at%)N型PbTe合金,XRD分析表明,合金具有NaCl型面心立方结构。采用热压烧结法将PbTe合金粉末烧结成块体材料,运用XRD,SEM方法对材料的物相组成和形貌进行了表征,表明热压烧结后材料仍保持NaCl型面心立方结构,出现偏析现象,分为富Te相和富Pb相,其中富Pb相呈现片状。通过材料热电性能参数的测试,研究了20MPa下不同热压烧结温度,不同含量PbI2掺杂对材料热电性能的影响,结果表明合理热压烧结温度对材料的热电性能提高起到关键作用,当PbI2含量为0.1at%时,PbTe合金在350℃具有最高的功率因子2.48mW/(m.K2)。     

钴基氧化物热电材料的研究进展及性能优化

详细介绍了钴基氧化物热电材料在其晶体结构、热电性能优化、制备等方面的研究现状;对钴基热电氧化物的掺杂研究进行了评述;分析了影响材料热电性能的主要因素;提出了提高钴基热电氧化物热电性能的主要途径;指出了钴基氧化物热电材料的应用前景和研究方向.     

熵工程在热电材料中的应用

作为高熵合金设计思想的延伸,熵工程可从电子和声子输运两方面引导热电材料的性能优化,在多种热电材料体系已经获得了成功应用。特别是,熵具有内禀的类似基因特性,可以作为热电材料的指征因子,对多元热电材料实现快速筛选。本文首先揭示熵作为热电材料基因特性的内禀原因,阐述构型熵增加导致材料晶体结构对称性增强、泽贝克系数提升、晶格热导率下降的物理机制;然后着重介绍熵工程在类液态材料和IV-VI族半导体等典型热电材料体系中的应用,总结熵工程提高材料热电性能的研究进展;并介绍多元单相高熵热电材料的热力学稳定性预测方法;最后指出了熵工程将来的研究重点。     

FeNi29Co18MnSi合金材料热电特性的影响研究

主要研究了FeNi29CO18MnSi合金材料的热电特性,分析了Ni-Co合金、Ni-Fe合金的热电性能,研究了FeNi29Co18MnSi合金中Mn、Si含量及冷形变对合金热电势的影响.研究表明,随着微量添加元素Mn、Si含量的增加,合金单极对铂(Pt)的热电势绝对值减小,且合金冷形变对热电势具有较大的调整作用.     

Zn-Sb化合物热电材料的研究进展

热电材料是一种能将热能和电能直接相互转换的功能材料。热电器件由于具有结构简单、低价环保、无噪声、使用寿命长等优点,被人们广泛应用在温差发电与半导体制冷技术中。Zn-Sb合金由于其优越的热电性能成为了现阶段最重要的热电材料之一,以ZnSb、Zn4Sb3两种合金最为常见。新近发现的Zn8Sb7结构,成为了新的研究热点。主要针对常见Zn-Sb合金的晶体结构、性能、制备技术进行了总结,并展望了该材料的应用前景。     

Bi-Te基薄膜热电材料的研究进展

热电材料是一种能够实现热能与电能直接转换的功能材料,由于无法有效降低块体热电材料的热导率,其性能研究进展缓慢.自上世纪90年代初Hicks等提出了低维化能够显著提高热电材料性能的理论后,薄膜热电材料开始受到广泛关注.低维化提高材料性能的原因主要是材料在低维化后能够产生量子限制效应,使得电子在被压缩维度的运动受到限制.首先,在费米能级附近,与Seebeck系数呈正相关的电子态密度会增大,导致低维热电材料的Seebeck系数相比块体材料显著增大.其次,与块体材料相比,薄膜材料存在更多能够散射声子的晶界,能有效降低晶格热导率.在这两种效应的共同作用下,材料的热电优值(ZT值)能够显著增大.低维热电材料的研究初期主要是通过数学模型和数值计算,从理论上证明量子效应会影响材料的Seebeck系数和电导率,且能实现二者的独立控制,从而提高材料的ZT值.后期的实验数据证明,通过合适的热处理工艺能够有效降低薄膜材料的缺陷,提高其综合性能.因此,热处理工艺的改进对性能的提升也非常重要.热电材料性能的提升离不开制备工艺的进步.为了获得低维化的热电材料,多种薄膜材料制备工艺被用于样品的制备,且不同的制备工艺各有优缺点.Bi-Te基合金不仅可用于低温发电还可用于低温制冷,是目前应用最广泛的低温热电材料,虽然其块体状态下的热电性能研究已趋于完善,但其薄膜状态下热电性能的理论研究还相差甚远,因此Bi-Te基低温薄膜热电材料成为研究热点.本文介绍了国内外采用不同制备工艺生长Bi-Te基热电薄膜材料的发展状况以及热电性能测试方法,提出了在目前发展薄膜热电材料时需要重点关注的方面,并对低维热电材料的发展方向进行了阐述.     

航空发动机报警系统用热电偶合金的研究

对热电偶合金的等温度、等浓度曲线以及化学成分与热电性能的关系进行了分析和探讨.同时对化学成分设计、基本元素和微量元素对热电性能的影响进行了研究,较为系统地研究了航空发动机报警系统用热电偶合金.实现了该热电偶合金的国产化,填补了国内空白.     

PbTe_(0.8)Se_(0.2)基热电材料载流子浓度优化与Mg合金化

PbTe基合金是目前性能最好的中温区热电材料,近年来受到广泛关注。本文研究了载流子浓度对Na掺杂PbTe0.8Se0.2合金热电性能的影响,在Na含量为2%时,ZT可以达到1.73。在此基础上,利用Mg合金化降低材料晶格热导率的作用,进一步提升材料的热电性能。结果表明,在Mg含量为1~3%的时,ZT值在800K附近都达到了2.0左右。     

NixCo4-xSb12化合物的制备及热电性能研究

以Ni作为添加元素,利用放电等离子技术制备了NixCo4-xSb12(x=0-0.35)化合物热电材料.通过先进的性能表征手段,深入探讨了NixCo4-xSb12化合物的热电性能,为n型热电材料的研究提供了有价值的参考.实验结果表明,一定量Ni的添加,能有效改善材料热电性能,提高热电优值;在Ni添加量x=0.2时,Ni0.2Co3.8Sb12化合物在温度T=773K时具有最大的热电性能优值ZTmax=0.45.