Fe—Sm—Si热电合金的电学特性

采用悬浮熔炼法制备了Fe-Sm-Si热电合金材料,并研究了其电学输运特性。实验表明:在Fe1-xSmxSi2合金中,Sm为n型掺杂元素,Sm轻掺杂时,试样仍为p型,随着Sm量的增加,试样的Seebeck系数和功率因子都降低;Sm含量x 0.4的高Sm硅化物试样为n型,其中,热电性能最好的试样成分为Fe0.6Sm0.4Si2,其电阻率在10-5W穖数量级,而Seebeck系数仍达到80 mV稫-1左右。其机理被认为是由于Sm的4f层电子的贡献。     

Mg_2Si热电材料微波固相合成研究

为了解决传统方法制备Mg2X(X=Si、Ge、Sn)基热电材料过程中带来Mg的氧化,挥发等问题,引进微波低温固相反应法,成功合成了Mg2Si粉体,用XRD分析手段对合成的粉体物相进行了表征,并系统研究了合成工艺对粉体制备的影响。结果表明:通过采用合适的加热工艺制度可以抑制Mg氧化;控制Mg过量可以补偿Mg的挥发;本实验条件下,当Mg过量0.0125mol、加热功率在2.5kW(853K)下保温30min时,可以得到单相Mg2Si热电化合物粉体。     

高效热电材料中的合金散射

热电转换技术利用半导体材料的塞贝克（Seebeck）效应和帕尔贴（Peltier）效应实现热能与电能直接相互转化,在半导体制冷、工业余热和汽车尾气废热发电等领域具有重要的应用。一直以来,对于热电材料电子、声子传输特性的深入理解是热电研究领域的重要课题,     

热电材料研究进展

热电材料是能够使热能与电能直接相互转化的材料，它的出现为制造无污染、无机械运动、高效率的发电和制冷设备提供了广阔前景。随着环境和能源问题日益突出，热电材料越来越受到人们重视。在其发展过程中热电材料涌现出诸多种类，本文对热电材料近年来研究进展进行了介绍和简要评述。     

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。     

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。     

电场激活合成Mg2Si的热电性能研究

用Mg粉和Si粉通过电场激活加压辅助法（Field-activated and Pressure-assisted Synthesis,FAPAS）,在1073 K、50 MPa条件下快速实现了Mg2Si块体热电材料的一步法合成与致密化;合成过程反应物反应完全,产物的XRD曲线的Mg2Si峰型尖锐,占产物含量的99.5%。合成样品的Seebeck系数、电导率、功率因子分别在562K、773 K、600 K时达到最大值,分别为445μVK-1、54.4 Scm^-1、4.35 W/cmK^2。通过对比多种方法合成的Mg2Si热电材料的热电性能发现,FAPASA样品的功率因子比其它方法具有明显的优势。     

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。     

含Sm、Mn的P型FeSi2基热电材料的电学性能

用悬浮熔炼法制备了含Sm、Mn的P型FeSi2基热电材料。实验结果表明，其电学性能是由掺杂的两种元素共同决定的，Sm对降低样品电阻率的作用较大，而Mn有助于提高样品的热电动势率。要保证有较高功率因子，Mn、Sm掺杂总摩尔分数应小于5％，而Mn的最住掺杂摩尔分数在1．7％左右。     

两元P—型梯度结构热电材料FeSi2／Bi2Te3的制备与性能

采用热浸焊法用纯Sn作为过渡层制备了P－型FeSi2/Bi2Te3梯度结构热电材料并对其热电性能进行了测试,发现当热端温度在510℃以下时,梯度结构热电材料的平均Seebeck系数保持恒定,达220uV/K至250uV/K左右,显著高于单一均质材料（Bi2Te3和β－FeSi2)在相同温度范围内的平均Seebeck系数,梯度结构热电材料的输出功率较单种材料高1．5至2倍以上,且当材料经190℃,100h与200h的真空退火后,输出功率几乎不变,金相观察表明,在Sn层与两半导体界面处,没有明显的Sn 扩散迹象,说明在所试验的条件下,用Sn作为过渡层热稳定性较好。     

Co对重掺Sm的FeSi2基热电材料电学性能的影响

用悬浮熔炼法制备了含Sm和Co的N型FeSi2 基热电材料 ,研究了Co对含Sm的FeSi2 材料电学性能的影响。结果表明 ,材料的电学性能是由两种掺杂元素共同决定的 :Sm能明显降低样品的电阻率 ,而适量的Co能提高重掺Sm的FeSi2 基热电材料的α值和功率因子 ,Co在含Sm的FeSi2 中的最佳掺杂摩尔分数为 2 .2 3%左右。     

含Sm、Mn的P型FeSi_2基热电材料的电学性能

用悬浮熔炼法制备了含Sm、Mn的P型FeSi2基热电材料。实验结果表明,其电学性能是由掺杂的两种元素共同决定的,Sm对降低样品电阻率的作用较大,而Mn有助于提高样品的热电动势率。要保证有较高功率因子,Mn、Sm掺杂总摩尔分数应小于5%,而Mn的最佳掺杂摩尔分数在1.7%左右。     

p—型FeSi2／Bi2Te3梯度热电材料的优值推证与界面温度优化

通过对两元 p-型梯度热电材料 Fe Si2 / Bi2 Te3界面温度的建模计算与实验验证 ,在固定热冷端温区内积分得出的 Z- ΔT值与界面温度 Ti 的关系曲线为 :Z- ΔT =0 .6 72 +11.7× 10 - 4Ti - 1.31× 10 - 6 T2i - 3.4 9× 10 - 9T3i该关系可用来表征两元梯度结构的热电性能。从拟合曲线上得出该梯度结构的最佳界面温度为 2 2 0℃～ 2 30℃ ,这与实验测出两单段材料 (Fe Si2 ,Bi2 Te3)长度比为 10∶ 1左右时所形成的界面温度较为接近。通过测试不同长度比的材料输出功率 ,也发现 10∶ 1梯度材料的最大输出功率较大 ,是相同温差下单段 β- Fe Si2 材料的 2倍～ 2 .6倍。     

加Y和Y2O3对β-FeSi2热电性能的影响

热电发电可直接将热能转变成为电能,是一种颇受青睐的无公害发电方法。这种发电方法即不产生废气、机械振动和噪声,又不需要维护。半导体二硅化铁β-FeSi2原料来源丰富、抗氧化性好且无毒性,是一种在高温(直到1200K)范围很有实用价值的热电材料,但它的热电性能尚须改进。为了改进8-FeSi2的热电性能,提高电阻率、热电动势系数以及减小导热率都是很重要的。     

Fe－Co－Si－Cu热电材料的输运特性

采用真空悬浮熔炼和真空退火方法制备了Fe1-xCoxSi2-0．1at％Cu热电材料。试样的微观组织中包含大量尺寸在1μm左右的小孔和一些裂纹。输运特性测量结果表明，550K时掺杂载流子的热激发达到饱和，700K以上发生本征激发现象。实验发现Co的最佳掺杂量为lat％左右，名义组成为Fe0.97Co0.03Si2-0．1at％Cu的试样的热电性能最好。     

热电材料的研发

热电发电及材料市场2017年将达到200亿日元日本产业技术综合研究所三上韦占史主任研究员指出,由于热电发电转换效率低,投入能量多,获得电力少,显示不出投资效果。最近正在开发热电转换效率高的热电模块,可获得较多电力,降低发电成本,有可能加快引入热电发电装置,使至今废弃于大气中的燃烧炉、工厂、汽车等小规模分散的低品位废热转换为电能。     

Si基笼合物热电材料在退火过程中化学成分的变化

由热电材料构成的热电模块可在传导废热的同时吸收废热将其转化为电能。本文介绍Si基笼型热电化合物的电弧熔化合成及高温退火过程。退火后,笼合物Ba_8Au_6Si_(40)及Ba_8Cu_8Si_(38)中化合物种类及元素含量均发生变化,因此热电性能得到优化。     

管式反应法制备Mg_2Sn基热电材料及其性能研究

采用Mg H2代替单质Mg粉与Sn粉进行固相反应制备Mg2Sn基热电材料,有效地避免了Mg单质的挥发和氧化。在300~750 K的温度区间内对其热电性能进行了测试、分析,并与文献中报道的Mg2Sn热电性能进行了对比。结果表明,所有试样在整个测温区间均显示出n型掺杂,并且随着温度的升高,呈现逐渐向p型转变的变化趋势。掺杂Y后Mg2Sn试样的Seebeck系数有所提高,综合电性能比文献报道提高了40%,并且在350 K时获得最大的ZT值(0.033),是文献报道的Mg2Sn的ZT值(0.013)的近3倍。     

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%     

新型高效热电材料研究进展

热电材料是一种集发电与制冷两种功能于一身的新型功能材料,已经成为21世纪新型功能材料研究领域的热点。概述了热电材料的发展历史,阐明了热电效应的理论基础,新型高效热电材料的发展现状及发展趋势,并对如何提高热电材料的优值系数及热电转化效率进行了分析。