SnO的歧化反应对SnTe热电性能的优化

PbTe基化合物是一种热电性能优良的中温区热电材料, 但铅的毒性限制了其广泛应用, 因此类似化合物SnTe引起了人们关注。但SnTe的载流子浓度较高和晶格热导率较大使其ZT值较低。本研究利用SnO歧化反应对SnTe热电性能实现了协同调控。热压烧结过程中SnO在500 ℃左右发生歧化反应生成Sn单质和单分散的SnO₂颗粒, Sn单质作为自掺杂可以填充SnTe中的Sn空位, 导致载流子浓度降低: 相比于SnTe基体, SnTe-6mol%SnO样品在600 ℃下的电阻率从6.5增大到10.5μΩ•m, Seebeck系数从105增大到146μV•K^-1。同时, 原位反应生成的SnO₂第二相单分散于晶界处, 多尺度散射声子传播而降低晶格热导率, SnTe-6mol%SnO样品晶格热导率在600 ℃下仅为0.6W•m^-1•K^-1, 相比于基体下降了33%左右, 从而使SnTe体系的热电性能得到明显提高。最终, 当SnO加入量为6mol%时, 样品在600 ℃下的ZT值~1, 相比于基体提升了一倍左右。     

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。     

锑化物二类超晶格热电材料:能带结构、热电性能、制备与测试

热电器件由于结构简单、可靠性好、无污染等优点,在微电子、能源等领域具有广泛的应用。探索具有高热电优值(ZT)的新材料是近些年来的研究热点。超晶格材料由于独特的量子限制效应和声子界面散射,ZT值比块体材料大幅度提高。而锑化物二类超晶格与传统超晶格不同,其禁带呈错开状,由此又可以带来热电性能新的变化。阐述了锑化物二类超晶格的能带结构以及能够获得高ZT值的优势,介绍了其热电机理和研究进展,以及当前该类超晶格的制备工艺和测试方法。     

球磨时间对P型Bi2Te3基热电材料性能的影响

采用区熔法和机械球磨（MM）与放电等离子烧结（SPS）技术相结合制备P型Bi2Te3基热电材料。在300-423K的温度范围内测试了样品的电导率、Seebeck系数和热导率。系统研究了球磨时间对合金化与热电性能的影响。球磨10h的样品在室温时具有最低的热导率，因此其热电优值高于其它样品，在室温时达到最大值0．995。     

Ge掺杂MnTe材料的热电输运性能

MnTe作为一种新型的无铅p型热电材料, 在中温区热电领域具有广阔的应用前景, 但其本身的热电性能不足以与高性能n型热电材料相匹配。本研究通过真空熔炼-淬火和放电等离子烧结的方法制备不同Ge掺杂量的致密且均匀的Mn_1.06-xGe_xTe(x=0, 0.01, 0.02, 0.03, 0.04)多晶块体样品。过量的Mn可以有效抑制MnTe₂相, 提高基体相的热电性能。通过掺杂4%Ge粉末, 材料的载流子浓度提高到7.328×10¹⁸ cm^-3, 电导率在873 K增大到7×10³ S∙cm^-1, 功率因子提升至620 μW∙m^-1∙K^-2。同时, 通过点缺陷增强声子散射使材料的热导率降低到0.62 W∙m^-1∙K^-1, 实现了对材料电声输运性能的有效调控。Mn_1.02Ge_0.04Te在873 K获得了0.86的热电优值ZT, 较纯MnTe材料提高了43%。     

La填充Fe基Skutterudite化合物的制备及热电性能研究

起始原料使用La、Fe和Sb元素粉末,采用机械合金化(MA)、热压烧结(HP)及退火的方法制备了名义成分为LaxFe4Sb12(x=0.5, 1.0, 1.5)填充Skutterudite化合物热电材料,研究了不同La含量对热压样及退火样的相组成及热电性能的影响.研究结果表明,当La名义填充分数为0.5和1.0时,XRD图谱中Sb和FeSb2杂峰还比较强;但当La填充分数增加到1.5时,XRD图谱中只有少量的Sb和FeSb2杂峰;La1.5热压样经过650℃退火48h后,Sb和FeSb2杂峰基本消除;在300～750K的温度范围内,Seebeck系数和电阻率随着La填充量和测量温度的增加而增加,与未填充的CoSb3相比,热导率大大降低;热电性能研究表明,La1.5Fe4Sb12退火样在750K左右能得到最大的ZT值0.51.     

La填充Ni置换n型Skutterudite热电材料的制备及性能

起始原料使用La、Co、Ni和Sb元素粉末,采用机械合金化(MA)和热压烧结(HP)的方法制备了名义成分为LaxNi0.2Co3.8Sb12(x=0.1,0.3,0.5,0.7)n型填充Skutterudite化合物热电材料,研究了不同La含量对MA-HP成型后的相组成及热电性能的影响.研究结果表明,机械合金化10h后的粉末,在650℃热压2h后可得到单相Skutterudite结构化合物;随着La填充分数的增加,晶格常数增大;通过向Skutterudite结构的空隙中填充稀土La原子,能大幅度降低热导率;热电性能研究表明,La0.5Ni0.2Co3.8Sb12在750K左右能得到最大的ZT值0.33.     

碳化硼的热电性能

介绍了由Peltier效应和Seebeck效应发展起来的半导体热电材料的原理及其应用。碳化硼是最具港力的高温热电材料之一。本文总结了碳化硼热电性能的最新研究成果，提出了其作为高温热电材料应用的限制因素以及解决的可能途径。     

热电材料的研究和发展方向

讨论了热电材料研究与发展的最新方向，阐述了单体和梯度热电材料的基本理论和正在进行的研究热点及其所遵循的基本原则。     

GeTe基热电材料的研究进展

GeTe基材料在热电领域有着巨大的发展潜力,已成为近年来中温区热电材料的研究重点。首先简要介绍了GeTe的晶体结构和相变过程;其次,从提升其热电性能方法的角度对该体系近年来的研究进展进行综述：(1)以调控功率因子为目的,对GeTe体系的空穴载流子浓度进行优化,提升Ge的空位能;(2)通过能带工程实现能带结构的调控;(3)以降低热导率为目的,引入纳米缺陷(点缺陷、堆垛缺陷、纳米沉淀),增强声子散射效果等。最后对GeTe基热电材料的研究进展进行了总结,并对其今后的研究发展提出展望。     

β-FeSi2热电材料的性能优化及测试方法

本文讨论了β－ＦｅＳｉ２热电材料的微观组织结构特征、合金成分、掺杂和晶粒细化对β－ＦｅＳｉ２热电性能的影响,并给出了根据Ｈａｒｍ ａｎ 方法自制的材料热电性能测量装置的原理与测量方法。     

β—FeSi2一种很有发展前途的热电材料

简述了βＦｅＳｉ２热电材料的研究工作，分析了β－ＦｅＳｉ２的制备及其热电性能，认为机械合金化是制造β－ＦｅＳｉ２热电材料的发展方向之一。     

(Ag2Se)1-x(Bi2Se3)x的热电性能研究

具有本征低晶格热导率的I-V-VI₂族三元硫属化合物在热电领域引起了广泛关注。AgBiSe₂作为这类化合物中少有的n型半导体, 成为一种有潜力的热电材料。本工作系统研究了AgBiSe₂的热电性能。基于Ag₂Se-Bi₂Se二元相图, 单相的(Ag₂Se)_1-x(Bi₂Se₃)_x的成分在x=0.4~0.62范围可调, 使得该材料载流子浓度具有可调性。结果表明, 通过组分调控获得了较宽范围的载体浓度1.0×10¹⁹~5.7×10¹⁹ cm^-3, 并基于声学声子散射的单一抛物带模型对其电传输性能进行了综合评估。本研究获得的最高载流子浓度接近理论最优值, 在700 K实现了最高ZT值0.5。本研究有助于深入理解AgBiSe₂的传输特性和决定热电性能的基本物理参数。     

热电材料:古老的课题,新的研究方法

本文简述了热电材料发展的历史,并对目前热电新材料的研究及制备方法作了概述。指出热电材料的研究将会成为我国材料研究领域的下一个热点。     

热电材料Bi_2Te_3粉体的制备及粒径分析

为了确定经机械合金化法制备的Bi2Te3粉体进行激光粒度分析的适宜条件,运用X射线粉末衍射、激光粒度分析、比表面积分析等手段对样品物相和粒径进行分析。结果表明,高能球磨30 h后,Bi2Te3晶粒的平均粒径达到本实验中的最小值135 nm;当分散剂采用Tween-80,体积分数为1%;粉体质量浓度为0.01 g/mL时,对样品进行激光粒度分析的结果较为理想。     

β—FeSi2热电材料的性能优化及测试方法

本文讨论了β－ＦｅＳｉ２热电材料的微观组织结构特征，合金成分，掺杂和晶粒细化对β－ＦｅＳｉ热电性能的影响，并给出了根据Ｈａｒｍａｎ方法自制的材料电性能测量装置的原理与测量方法。     

机械合金化和放电等离子烧结制备AgPbSbTe热电材料

采用机械合金化和放电等离子烧结方法制备高性能AgPbSbTe热电材料,研究了制备工艺对材料热电性能的影响。结果表明,材料的物相组成和热电性能都受到机械合金化时间的影响;适当地控制放电等离子烧结工艺可以抑制晶粒长大,增加晶界散射,降低热导率。实验中得到AgPbSbTe热电材料的最大功率因子为18μW/K~2cm,最小热导率为1.1 W/m K。机械合金化(球磨4 h、转速350 r/m)并在673 K放电等离子烧结5 min,得到AgPbSbTe材料的最大热电优值ZT为1.2(700 K)。     

Ag-Bi-Sb-Te四元合金的热电性能

以Ag、Bi、Sb、Te为原料在1373K真空熔炼合成了AgxBi0.5Sb1.5-xTe3(x=0～0.5)合金.微观组织和结构分析显示,真空熔炼的合金具有层状组织特征,属R3m晶体结构,当x≥0.2时出现面心立方AgSbTe2相.电学性能测试表明,在300～580K温度范围内合金的电导率随温度升高而下降,掺Ag后合金的电导率明显提高,掺Ag量为x=0.1试样的最大值达到2.3×105S/m.材料的Seebeck系数均为正值,表明掺Ag合金为p型半导体.     

高性能Ag-Pb-Sb-Te材料热电性能研究

采用较为经济高效的机械合金化和放电等离子烧结技术制备Ag-Pb-Sb-Te体系材料。系统研究了Pb含量以及Ag含量等变化对材料微观结构和热电性能的影响规律。通过SEM、TEM等材料微观结构表征手段,可以看到材料的晶粒细小,晶粒内部有大量的纳米团簇析出,这种结构可能对降低材料的热导率起了重要作用。研究表明,材料制备方法和工艺显著影响Ag-Pb-Sb-Te材料的热电性能,尤其是电传输特性。材料的热电性能对元素含量,尤其是Pb、Ag等含量变化敏感,适当调整元素含量可优化材料的热电性能。该材料体系优良的热电性能与材料特殊的微观结构有关,如晶粒内部析出的纳米团簇可能引起材料热导率的降低和热电优值的提高。     

通过等价和异价元素掺杂促进YbMg2Sb2热电性能提升（英文）

由于其电热输运性能便于调控,锑基Zintl相化合物AM2Sb2(A=Ca,Sr,Ba,Yb,Eu;M=Mg,Zn,Cd,Mn)被认为是一类重要的热电材料.本文通过在YbMg2Sb2中掺入等价的元素Zn和异价元素Ag,实现了声子和载流子的输运性能优化.首先,体系YbMg2-xZnxSb2室温热导率从1.96 W m^-1K^-1降低至1.15 W m^-1K^-1,这是由于形成YbMg2Sb2-YbZn2Sb2的固溶体带来的合金化散射效应.其次,掺杂Ag可以增加载流子浓度,其数值在室温下从0.42×10^19cm^-3提升至7.72×10^19cm^-3,从而有效地提高了电导率和功率因子.通过综合两方面的协同效应使得体系zT在703 K时达到0.48,比纯样品YbMgZnSb2高60%.