MNiSn(M=Hf,Zr,Ti)基熱電材料的性能優(yōu)化與P型摻雜.pdf

1、熱電材料具有將熱能和電能進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的能力,因此在溫差發(fā)電、固態(tài)制冷等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。新型高溫?zé)犭姴牧蟞alf-Heusler合金具有成分元素安全無毒、熱電性能優(yōu)異等優(yōu)點,在未來熱電材料高溫發(fā)電領(lǐng)域有著良好的發(fā)展前景。因此,本論文對half-Heusler合金體系中性能較好的MNiSn(M=Hf,Zr,Ti)合金材料體系進(jìn)行了成分、顯微形貌、熱電性能等方面的研究,取得了以下主要成果。
　　 采用新型懸浮熔煉方法制備half

2、-Heusler合金材料,實驗證實,采用懸浮熔煉方法能夠快速獲得成分均勻的單相材料,有效解決了half-Heusler合金成分元素熔點差異太大所產(chǎn)生的制備上的困難。
　　 Half-Heusler合金體系中最大的挑戰(zhàn)是具有相對較高的熱導(dǎo)率。采用添加納米第二相、元素?fù)诫s或取代以及減小顆粒尺寸等方法均可以降低材料熱導(dǎo)率,優(yōu)化熱電性能。本文對(Hf0.6Zr0.4)NiSn0.98Sb0.02基合金材料進(jìn)行了Y-Sb元素的雙摻雜實驗,

3、實驗發(fā)現(xiàn)盡管空穴載流子的引入降低了材料的電導(dǎo)率,但是相應(yīng)的提高了材料的Seebeck系數(shù)。Pisarenko圖表明材料摻雜后Seebeck系數(shù)的變化是由于載流子濃度的變化所導(dǎo)致。同時由于載流子濃度的降低以及引入的合金散射降低了材料的熱導(dǎo)率,最終材料的熱電性能得到了提高,最高ZT值達(dá)到了0.76。同時也采用了(Hf,Zr)NiSn基合金中M位Ti的取代以及減小顆粒尺寸的方法來降低材料的熱導(dǎo)率,其中40％Ti取代的樣品熱導(dǎo)率降低到了3.7W

4、m-1K-1。理論模型計算結(jié)果表明,Ti取代所引入的合金散射中,質(zhì)量波動散射相對于應(yīng)力場波動散射占主導(dǎo)地位,同時計算的Ti的最優(yōu)取代含量在40％附近,與實驗結(jié)果相符。
　　 本文對(Hf0.6Zr0.4)NiSn和ZrNiSn合金材料進(jìn)行了P型摻雜改性,實驗發(fā)現(xiàn),隨著引入的空穴載流子濃度的增加,材料Seebeck系數(shù)的符號有從負(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎内厔?說明通過P型摻雜方法可以獲取P型MNiSn(M=Hf,Zr,Ti)基half-Heus