黄铜矿型化合物CuFeSe_2的制备及电学性质研究

黄铜矿型化合物CuFeSe_2作为一种重要的半导体材料,是很有希望的热电材料之一。通过高温固相反应法在温度为763～793 K和30～60 min保温时间的条件下,成功合成了多晶体化合物CuFeSe_2。采用XRD和SEM对制备样品的物相和微观形貌进行了表征,同时对样品电阻率和Seebeck系数等电学性质进行了测试分析。结果表明:固相反应法制备的CuFeSe_2样品存在复杂的晶体结构和较多的微孔,微孔的直径位于微纳米级。当样品在制备温度763K,保温时间30 min时获得最大的Seebeck系数106.57μV/k。在制备温度763K,保温时间180min时获得最小的电阻率为0.95 mΩ·cm,并在此条件获得最大功率因子97.18μW/(m·k~2)。     

固相反应快速制备铜掺杂方钴矿及其热电性质研究

采用固相反应法在制备温度923 K,保温时间约30 min的条件下,快速合成了铜掺杂方钴矿Cux Co4 Sb12(x=0、0.1、0.3、0.5、0.7、0.9),对样品进行了物相结构(XRD)、微观结构和不同温度条件下的热电性质测试分析.结果表明,所制备的样品Cux Co4 Sb12在0≤x≤0.7的范围内均为单相的方钴矿结构,样品含有许多微气孔,晶粒细小,平均直径在微纳米级.当测试温度为696 K时,样品Cu0.1 Co4 Sb12获得最低电阻率为48.71μΩ·m.在测试温度为462 K时,样品Cu0.3 Co4 Sb12获得最大Seebeck系数为233.14μV/K.样品Cu0.1 Co4 Sb12在测试温度为578 K时,获得最大的ZT值为0.24.     

锶掺杂铅酸钡陶瓷的热电性能

用固相反应法对BaPbO3材料进行了Sr掺杂,合成了Bal-xSrxPbO3(0≤x≤1.0)系列粉体材料.对样品进行了X射线衍射分析.通过计算获得了材料的晶胞参数随化学组分的变化规律.将粉体烧结成块状陶瓷,在300～673 K测试了该陶瓷的电导率、Seebeck系数和热导率随Sr掺杂量(x)和温度的变化情况.结果发现:随x的增加,晶胞参数(a,b,c)缩短,晶胞体积(V)收缩,晶格对称性降低.Seebeck系数的绝对值升高,热导率降低,电导率下降.当x=0.6时,BalxSrxPbO3表现出高的品质因子Z,在673 K时,Z的最大值达1.2×10-4/K.     

用低温固相反应制备p型Mg2Si基热电材料

用Mg粉和Si粉通过固相反应在823 K时保温8 h合成了Mg2Si粉末;并通过外加Ag粉用二次固相反应在相同条件下合成了Mg2Si基热电固溶体.采用放电等离子烧结法(SPS),以掺杂Ag后的固溶体为原料制备出了p型Mg2Si基热电材料.研究了Ag掺杂量对Mg2Si材料热电性能的影响.结果表明随着掺杂Ag的摩尔分数的增大,材料的Seebeck系数(即温差电动势)和电导率均有增大的趋势,但热导率变化不大.温度为513 K时,掺杂Ag的摩尔分数为15×10-3的试样的优值系数Z值和优值系数与温度之积ZT均为最大,分别为18.2×10-6 /K和0.01.     

Er掺杂对CaMnO_3陶瓷的微观结构及高温电性能的影响

以混合硝酸盐为原料,采用共沉淀法结合常压压片和1200℃烧结制备出钙位掺杂Er的Ca_(1-x)Er_xMnO_3(x=0,0.02,0.04,0.06,0.10)热电陶瓷,采用XRD和SEM对所有样品进行相结构和微观形貌表征,同时测定Ca_(1-x)Er_xMnO_3系列样品的电阻率,Seebeck系数。研究钙位掺杂Er元素对CaMnO_3材料的微观结构和高温电性能的影响。XRD及SEM分析结果表明,采用共沉淀法制备出的Ca_(1-x)Er_xMnO_3热电陶瓷物相单一,材料内部结构致密。电性能测试结果表明,Er掺杂可以有效的改善CaMnO_3的电输运性能,当Er掺杂量为0.10,温度为973K时最大功率因子为2.95×10~(-4)Wm-1K~(-2),是未掺杂CaMnO_3的1.5倍。     

自燃法合成NaxCo2O4粉末及其热电性能

用自燃法结合粉末冶金工艺制备了具有高度定向结晶的NaxCo2O4热电陶瓷材料.对制得的样品进行了X射线衍射和扫描电镜分析,并进行了热电性能测试.结果表明:所获得的粉末是具备层状晶体结构的γ-NaxCo2O4.由于NaxCo2O4陶瓷材料具有气孔而降低了材料的电导率.增大材料中的Na含量可提高材料的功率因数和Seebeck系数,但降低了材料的电导率.     

LiCoO2陶瓷的结构与热电性能

利用拉曼光谱和扫描电镜对合成的LiCoO2陶瓷分别进行了结构的鉴定以及组织形貌的观察。此外,分别采用四探针法和温差热电势法进行了电导率和Seebeck系数的测定。结果表明LiCoO2为层状的组织结构,属于P型半导体,在测量温度范围,Seebeck系数及电导率均随温度的升高而增大,其中在800K时,Seebeck系数和电导率均达最大值分别为170uV/K和1.06×102Sm-1。     

PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)氧化物热电材料的制备及其性能研究

采用固态反应法制备了Sr掺杂的PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)氧化物,对其进行了XRD分析和热电性能测试,研究Sr掺杂对其热电性能的影响,结果表明:在x=0,0.25,0.5,0.75掺杂比例范围内,Sr离子很好地进入了PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)的晶格,形成双层钙钛矿结构,没有形成新的杂相;在测温范围内,PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)材料的Seebeck系数均为正值,说明PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)为p型半导体材料;Sr掺杂可以改善PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)样品的电导率,而样品的Seebeck系数随着掺杂浓度增加逐渐降低;Sr掺杂可以改善PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)样品的功率因子,PrBa_(1-x)Sr_xCo_2O_(5+δ)在1073 K有最大的功率因子90μW/mK~2。     

斯蒂芬酸钾的细化及性能

采用微乳液合成法制备出粒径在10μm以下的斯蒂芬酸钾(K2TNR).在合成K2TNR过程中,加入适量石墨烯纳米片得到掺杂后的K2TNR样品(G-K2TNR).用电子显微镜和在线粒度测试仪对样品形貌和粒度进行了分析.采用差示扫描量热分析仪(DSC)和动态真空安定性测试仪(DVST),测量了细化前后和掺杂石墨烯纳米片的3种K2TNR样品的热稳定性和5s爆发点.结果表明,细化后和掺杂后的K2TNR的热分解温度均有所提前,细化后样品真空安定性良好,热感度显著提高.     

低温循环载荷对碳纤维增强硫铝酸盐水泥基复合材料热电性能的影响研究

将膨胀石墨和碳纤维加入到硫铝酸盐水泥基体当中,通过干压成型法制备出具有热电性能的水泥基复合材料.通过对水泥样品施加低温循环载荷(室温 ～-40℃ ～室温),测试了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的热电性能变化,研究和分析了不同循环次数下低温载荷作用对CFRC热电性能的影响,发现样品的电导率从2.16×10-3 S/cm减小到1.11×10-3 S/cm,Seebeck系数绝对值从33.3μV/℃减小到了8.67μV/℃,ZT值从7.51×10-8减小到了0.40×10-8.通过分析和计算样品活化能和载流子浓度,借助SEM图谱,发现由于低温载荷作用所产生的内应力使得材料内部产生更多的微裂纹,阻碍了电荷的传导,降低了材料电导率.此外,由于测量过程中样品要承受高温载荷,所以样品含水率会发生变化,从而使得材料Seebeck系数绝对值也有所减小,最终降低了CFRC的热电性能.