納米-微米復合熱電材料熱電與力學性能研究.pdf

1、近年來，通過納米技術(shù)制備的納米復合結(jié)構(gòu)熱電材料，在提高熱電材料ZT值以及力學性能方面有著光明的前景。其中最具有應用前景的中溫熱電材料CoSb3是熱電材料研究的熱點。本論文采用P型熱電材料CoSb3作為基體，兩種不同的納米顆粒(納米α-Al2O3，單壁碳納米管)分別作為夾雜第二相，利用固相反應、球磨混合以及SPS燒結(jié)工藝制備出納米顆粒分散均勻，致密度較好的納米/微米復合熱電材料，重點研究這兩種不同的納米顆粒對CoSb3熱電材料熱電與力學性

2、能的影響。
　　 對于納米α-Al2O3摻雜P型CoSb3復合材料而言，當納米顆粒的含量為0.6wt％時，氣孔率相比無摻雜材料有所減小。少量的納米顆?？沙浞痔畛涞轿⒚證oSb3顆粒之間的空隙中，使致密度得到提高。熱電測試結(jié)果顯示：與無摻雜材料相比，隨著納米α-Al2O3含量的增加，復合熱電材料電導率降低，Seebeck系數(shù)增大，熱導率大幅度降低，而ZT值基本保持不變。力學測試結(jié)果表明：由于納米α-Al2O3的摻入，誘發(fā)了穿晶斷裂

3、。材料的破壞機制由純CoSb3的沿晶斷裂改變?yōu)榇┚嗔?，大幅度提高材料的機械強度，但對模量幾乎沒有影響。當納米α-Al2O3的含量達到1wt％時，材料抗壓縮強度和抗彎強度最大，分別達到了632.67Mpa和179.70Mpa，相對無摻雜而言分別提高了42.7％和52.0％。
　　 在P型CoSb3中摻雜少量單壁碳納米管(SCNT)，由于碳納米管呈纖維絲狀，混合難度加大，致密度大大降低。同時球磨混合過程中材料極易被氧化，少量的SC

4、NT摻雜導致P型CoSb3轉(zhuǎn)變成N型，電導明顯降低。而當SCNT含量為3wt％時，復合材料在高溫時卻有N-P型轉(zhuǎn)變。SCNT的摻雜導致復合材料熱導率大幅度降低。當摻雜量僅為1wt％時，相比無摻雜材料其室溫下的熱導率下降了34％。因此少量SCNT摻雜使得復合材料ZT值略有降低，但影響不大。由于碳納米管具有極好的力學性能，少量的摻雜致使纖維絲狀的SCNT包裹著CoSb3顆粒，有助于提高CoSb3的斷裂韌性。當SCNT含量為0.5wt％時，復