p型Bi-,2-Te-,3--Ce-,y-Fe-,x-Co-,4-x-Sb-,12-梯度熱電材料的設(shè)計、制備和性能研究.pdf

1、本文首先采用熔融法制備了單相CeyFexCo4-xSb12和Bi2Te3粉末，通過放電等離子燒結(jié)獲得均質(zhì)Bi2Te3和CeyFexCo4-xSb12塊體材料，并對其性能進行了研究；其次，根據(jù)它們性能指數(shù)隨溫度的變化規(guī)律，對二元梯度結(jié)構(gòu)Bi2Te3/CeyFexCo4-xSb12熱電材料的界面溫度進行了優(yōu)化，為了使梯度結(jié)構(gòu)熱電材料在300K至800K的溫度范圍內(nèi)具有最佳的熱電性能，本研究同時對梯度結(jié)構(gòu)中各均質(zhì)材料的長度進行了優(yōu)化設(shè)計；第三

2、，通過分步放電等離子燒結(jié)的方法制備了梯度結(jié)構(gòu)Bi2Te3/CeyFexCo4-xSb12熱電材料，采用理論計算的方法研究了梯度結(jié)構(gòu)熱電材料平均Seebeck系數(shù)和溫度的關(guān)系。為了驗證設(shè)計的結(jié)果，對梯度材料在300K至800K溫度范圍內(nèi)的輸出功率進行了研究。 研究結(jié)果表明：在室溫至450K的溫度范圍內(nèi)，Bi2Te3表現(xiàn)出較高的熱電性能指數(shù)，隨著溫度的進一步升高Bi2Te3的性能急劇惡化；當溫度高于500K時，均質(zhì)材料Ce0.3Fe

3、1.5Co2.5Sb12表現(xiàn)出較Bi2Te3高的熱電性能指數(shù)，因此，可以通過對其進行結(jié)構(gòu)梯度化設(shè)計來獲得在一個較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高性能指數(shù)梯度結(jié)構(gòu)Bi2Te3/Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12熱電材料。通過優(yōu)化設(shè)計得出，梯度結(jié)構(gòu)材料界面溫度大約為500K，最佳長度比為Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12：Bi2Te3=21：10。結(jié)合SEM/EPMA對SPS燒結(jié)制備的梯度結(jié)構(gòu)材料分析發(fā)現(xiàn)，在未采用界面材料的樣品中，界面處結(jié)合

4、良好，未出現(xiàn)明顯擴散。通過對梯度材料的平均Seebeck系數(shù)的計算表明：梯度材料相對于均質(zhì)材料其平均Seebeck系數(shù)在一個較寬的溫度范圍內(nèi)具有較高的數(shù)值，幾乎為一恒定值。對此梯度材料體系在300K至800K溫度范圍內(nèi)的輸出功率研究結(jié)果表明：當均質(zhì)材料Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12和Bi2Te3的長度比為21：10時，梯度結(jié)構(gòu)Bi2Te3/Ce0.3Fei.5Co2.5Sb12熱電材料具有較大的輸出功率，當外接負載為0.1Ω時輸