方鈷礦基熱電材料的熱電性能.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)電能與熱能之間直接轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體功能材料。由熱電材料制作的溫差發(fā)電和制冷器件具有無(wú)污染、無(wú)噪聲、易于維護(hù)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)余熱發(fā)電、航天、微電子及制冷等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。方鈷礦化合物是一種新型的中溫區(qū)熱電材料，其中填充方鈷礦化合物因其同時(shí)具有晶體的良好導(dǎo)電性能和玻璃的低熱導(dǎo)率被認(rèn)為是一種典型的“電子晶體-聲子玻璃”材料。制備多元的填充方鈷礦材料可以優(yōu)化材料成分，提高材料的熱電性能。 本文采用真空熔煉.

2、退火合成方法，以Co、Sb、Ni、Yb、La、Te等單質(zhì)為原料制備了方鈷礦化合物。應(yīng)用XRD、SEM等手段對(duì)粉末、熱壓試樣進(jìn)行了物相成分和微觀形貌的分析。對(duì)熔煉試樣粉末采用真空熱壓技術(shù)進(jìn)行熱壓，測(cè)試熱電性能。主要取得以下研究成果： 1.制備了La、Yb、Ce單填充和La-Ca、La-Yb雙填充方鈷礦化合物，并研究了它們的熱電性能。研究發(fā)現(xiàn)不管是單填充還是雙填充都能夠顯著的降低方鈷礦材料的熱導(dǎo)率，但采用La-Yb雙填充改善電學(xué)性能

3、效果不佳。其中La0.5Co4Sb12、Yb0.2Co4Sb12、Ce0.2Co4Sb12和La0.4Ca0.1Co4Sb12的最大ZT分別達(dá)到了0.69(773K)、1.24(773K)、0.55(723K)和0.74(735K)。在提高方鈷礦熱電性能方面，重稀土元素Yb優(yōu)于輕稀土元素La和Ce，稀土-堿土雙填充方鈷礦優(yōu)于這兩種元素的單填充方鈷礦。 2.采用熔煉-退火方法制備了La、Ni共摻方鈷礦熱電材料La0.3Co4-xN

4、ixSb12(x=0，0.1，0.5，0.75，1)。研究發(fā)現(xiàn)，Ni的固溶度在0.5到0.75之間，La0.3Co4-xNixSb12顯n型。隨著x值的增大，Seebeck系數(shù)絕對(duì)值總體呈下降趨勢(shì)，而電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率則增加。La0.3Co3.9Ni0.1Sb12功率因子和ZT值分別達(dá)到最佳：功率因子σ·α2max=3.97×10-3Wm-lK-2(520K)，ZTmax=64(773K)。 3.設(shè)計(jì)了La0.5Co4Sb11.9T

5、e0.1：Sb2Te3：Bi2Te3=1:0.05:0.04(摩爾比)、La0.2Yb0.2Co4Sb11.8T0.2和La0.1Yb0.2Ca0.1Co3.gNi0.1Sb11.9Te0.1三種成分。發(fā)現(xiàn)少量Te和Bi摻雜到La0.5Co4Sb12中可以減小最大ZT值的所處溫度，由于Te元素在Sb位的固溶，化合物L(fēng)a0.2Yb0.2Co4Sb11.8Te0.2的ZT值在773K時(shí)達(dá)到了1，比La0.2Yb0.2Co4Sb12提高約23