方鈷礦基熱電材料的高壓制備與熱電性能研究.pdf

1、熱電材料的性能是用一個(gè)無量綱因子熱電優(yōu)值（ZT）來表示的：ZT=S2·σ·T/κ。其中S為Seebeck系數(shù)，σ為電導(dǎo)率，κ為熱導(dǎo)率。我們用σ·S2來表征材料的電輸運(yùn)性能，又被稱為功率因子。ZT越大，表明材料的熱電性質(zhì)越好。方鈷礦基熱電材料自問世以來，受得了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。本文首先對(duì)二元方鈷礦進(jìn)行了碲置換，改善材料的電學(xué)性質(zhì)。其次，本文通過向方鈷礦的本征晶格孔洞中引入堿土金屬鋇原子和氣孔的方式，以期降低材料的熱導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)材料ZT的提高

2、。
　　由于方鈷礦的合成是一個(gè)包晶轉(zhuǎn)換過程，因此常壓合成方法合成方鈷礦存在許多困難。高壓方法卻有合成材料快速，容易的特點(diǎn)。因此，本文通過高溫高壓方法并通過淬冷的方式來制備方鈷礦基熱電材料。首先，我么合成了二元方鈷礦熱電材料。通過對(duì)材料進(jìn)行XRD和SEM測(cè)試，表明我們合成了純相方鈷礦多晶，晶界明顯，晶粒豐富，粒徑大約在1-2um。
　　其次，我們?cè)诔晒铣啥解挼V的基礎(chǔ)上，在不同壓力點(diǎn)下合成了碲置換的方鈷礦基熱電材料。研究了

3、室溫下材料的電學(xué)性能隨合成壓力的變化關(guān)系，并分析其物理機(jī)制。我們?cè)跍囟葏^(qū)間為300K-743K，測(cè)量了樣品的熱電性質(zhì)隨溫度的變化關(guān)系。其中功率因子大體與溫度的變化趨勢(shì)相同，最大值出現(xiàn)在溫度為743K時(shí)，其最大值為19.04μW·cm-1·K-2。熱導(dǎo)率隨著溫度的升高而下降。熱導(dǎo)率最小值出現(xiàn)在溫度為743K時(shí)，最小值為4.13W·m-1·K-1。最終我們算出材料的ZT值為0.34，出現(xiàn)在溫度為743K。表明通過碲置換可以有效的降低材料電阻

4、率和熱導(dǎo)率，最終提升了材料的熱電優(yōu)值。
　　我們?cè)陧谥脫Q方鈷礦的基礎(chǔ)上，利用高溫高壓方法進(jìn)行了Ba填充型方鈷礦（CoSb3）熱電材料的高壓制備和熱電性能研究。我們通過XRD測(cè)試表明合成樣品為純相方鈷礦多晶。SEM測(cè)試表明，材料的晶界明顯，晶粒豐富，粒徑大約在1-2um。我們進(jìn)行了室溫下材料的電學(xué)性質(zhì)隨鋇填充量的變化規(guī)律并分析了其物理原因。塞貝克系數(shù)和電阻率都是隨著鋇填充量的提高而大體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。我們對(duì)合成樣品進(jìn)行了在300K-7