熔體旋甩法制備高性能納米結(jié)構(gòu)n型填充式方鈷礦化合物的研究.pdf

1、武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文熔體旋甩法制備高性能納米結(jié)構(gòu)n型填充式方鈷礦化合物的研究姓名：李涵申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：材料學(xué)指導(dǎo)教師：唐新峰20090401武漢理T大學(xué)博十學(xué)何論文度不同的納米結(jié)構(gòu)有利于對不同頻率的導(dǎo)熱聲子產(chǎn)生散射作用，從而比單一的納米結(jié)構(gòu)能更有效地降低材料的晶格熱導(dǎo)率。對MS后帶狀產(chǎn)物預(yù)退火過程的研究表明：帶狀產(chǎn)物發(fā)生CoSb3相轉(zhuǎn)變的起始溫度大約在300~350℃，轉(zhuǎn)變大量發(fā)生并基本完成溫度大約在400“C，因此最佳退火

2、溫度為400℃。對帶狀產(chǎn)物在400℃退火不同時間的FESEM觀測結(jié)果表明：高冷卻速度下(VL=30m／s)得到的帶狀產(chǎn)物結(jié)構(gòu)細(xì)小，組成分布均勻，因此有利于SPS燒結(jié)過程中CoSb3相的充分、快速的轉(zhuǎn)變，所得到的塊體材料晶粒尺寸也較細(xì)小、均勻。結(jié)合FESEM照片及對應(yīng)的EDX成分分析結(jié)果可以確定帶狀產(chǎn)物中不同相的形貌特征及轉(zhuǎn)變過程。最終我們得到了MSSPS技術(shù)制備具有納米結(jié)構(gòu)的填充式CoSb3基化合物的最佳工藝參數(shù)為：噴氣壓力為002MP

3、a；銅輥線速度30m／s；SPS工藝為550℃燒結(jié)5min。對Sb過量的Yb。C04Sbl2y(x=02，O3；y=03，06，10)體系研究結(jié)果表明：適度過量的Sb有利于提高材料的電傳輸性能，且隨著Sb過量程度的增加會導(dǎo)致晶界處產(chǎn)生大量彌散分布的尺寸小于lOnm的Sb納米第二相，這樣的微結(jié)構(gòu)能有效調(diào)控和優(yōu)化材料的電熱輸運(yùn)特性。更為重要的是，由于采用了非平衡態(tài)(MS)制備工藝，使Yb在CoSb3結(jié)構(gòu)中的填充上限提高(將Yb理論的022填

4、充上限提高到了03)，材料的電導(dǎo)率和功率因子因此顯著提高，同時由于結(jié)構(gòu)納米化及晶界處分布的Sb的納米第二相顆粒，材料的熱導(dǎo)率與傳統(tǒng)方法制備的Ybo3C04Sbl2塊體材料相比顯著降低。800K時，n型Ybo3C04Sbl23化合物的刀值達(dá)到13，比參比樣提高了55％，且在較寬的溫度范圍內(nèi)具有高的熱電性能。采用熔融一淬火一退火SPS傳統(tǒng)工藝及MSSPS技術(shù)制備了IIl和Ce摻雜的11型CoSb3化合物。研究表明：In主要以原位內(nèi)生的InS

5、b納米第二相形式存在而并非此前認(rèn)為的填充形式。晶界處大量均勻分布的納米InSb相有效地降低了材料的晶格熱導(dǎo)率，并提高了材料的Seebeck系數(shù)。另外，ce的填充顯著改善了材料的電傳輸特性，并使化合物的熱導(dǎo)率進(jìn)一步降低。111和Ce的共同作用使得InxCeyC04Sbl2化合物具有優(yōu)異的熱電性能。Ino2Ceo15C04Sbl2化合物‰在800K時達(dá)到143。MS法的引入使InSb納米第二相在Ino1sCeo15C04Sbl2塊體材料中的