p型Sb位鍺錫摻雜方鈷礦材料的制備和熱電性能.pdf

1、方鈷礦是最具應(yīng)用前景的中溫?zé)犭姴牧稀型方鈷礦材料的ZT值已達(dá)1.7，但目前p型方鈷礦材料的ZT值仍徘徊在1.0左右的水平，獲得ZT值與n型方鈷礦材料相當(dāng)?shù)膒型方鈷礦材料對(duì)提高方鈷礦熱電器件的轉(zhuǎn)換效率非常關(guān)鍵，如何提高p型方鈷礦材料的ZT值是國際熱電材料領(lǐng)域亟待解決的瓶頸問題。本文采用熔融淬火(MQ)結(jié)合放電等離子體燒結(jié)(SPS)工藝快速制備了三個(gè)系列的p型方鈷礦材料Fe0.4Co3.6Sb12-xSnx(0≤x≤0.4，Δx=0.1)

2、、Fe0.4Co3.6Sb12-xGex(0≤x≤0.4，Δx=0.1)和Fe0.4Co3.6Sb11.85Sn0.15-xGex(0≤x≤0.15，Δx=0.03)。重點(diǎn)研究了Sn、Ge單原子摻雜和(Ge,Sn)雙原子摻雜對(duì)p型Fe0.4Co3.6Sb12熱電材料物相組成、顯微結(jié)構(gòu)和電熱輸運(yùn)性能的影響。得到了如下主要結(jié)論：
　　所有Fe0.4Co3.6Sb12-xSnx熱電材料的主相均為CoSb3，x≤0.2的樣品為單相方鈷礦，

3、x>0.2的樣品含有少量(Fe,Co)Sb2，且x>0.2樣品還存在晶粒長大現(xiàn)象。輸運(yùn)性能測(cè)試表明，隨著x增大，x≤0.2樣品的電導(dǎo)率降低，Seebeck系數(shù)增大，x>0.2樣品的電導(dǎo)率增加，Seebeck系數(shù)減小。Sb位Sn摻雜可顯著降低晶格熱導(dǎo)率，x=0.2樣品的晶格熱導(dǎo)率最低，800K時(shí)僅為1.68W·m-1·K-1。x=0.1樣品的ZT值最大，800K時(shí)達(dá)到0.36，與未摻雜樣品的ZT值相比，增大了12.5％。
　　所有F

4、e0.4Co3.6Sb12-xGex熱電材料的主相均為CoSb3，x≤0.1的樣品為單相方鈷礦，x=0.2的樣品還含有少量的(Fe,Co)Sb2,x>0.2的樣品還含有(Fe,Co)Sb2、(Fe,Co)Sb和(Fe,Co)3Ge2，x≥0.2樣品存在晶粒長大現(xiàn)象。輸運(yùn)性能測(cè)試表明，隨著x增大，x≤0.1樣品的電導(dǎo)率降低，Seebeck系數(shù)增大，x≥0.2樣品的電導(dǎo)率增加，Seebeck系數(shù)減小。Sb位Ge摻雜可顯著降低材料的晶格熱導(dǎo)率

5、，x=0.1樣品的晶格熱導(dǎo)率最低，800K時(shí)僅為1.67W·m-1·K-1。x=0.1樣品的ZT值最大，800K時(shí)達(dá)到0.44，與未摻雜樣品的ZT值相比，增大了25.7％。
　　所有Fe0.4Co3.6Sb11.85Sn0.15-xGex熱電材料的主相均為CoSb3，x≤0.09的樣品為單相方鈷礦，x≥0.12的樣品還含有少量的(Fe,Co)Sb2，樣品晶粒大小沒有明顯變化。輸運(yùn)性能測(cè)試表明，隨著x增大，x≤0.09樣品的電導(dǎo)率變