热电材料AgSbTe_2的高温高压合成

采用国产六面顶高压设备,制备了三元系热电材料AgSbTe2。XRD测试表明按化学剂量比混合后高压合成的样品为近单相的AgSbTe2,电子能谱面扫描分析表明样品均匀致密。同时样品的电学性质在压力的作用下得到了有效的调制,高压合成样品具有同掺杂相同的效果,即:电导率随合成压力的升高而升高;Seebeck系数随着压力的升高而降低。

n型(AgSbTe_2)_x(PbTe)_(1-x)热电材料的制备和性能

采用熔融缓冷法制备了组成为(AgSbTe2)x(PbTe)1-x(x=0.04—0.20)的热电材料,研究了AgSbTe2固溶量对材料微观结构和热电传输性能的影响。结果表明,当AgSbTe2固溶量增大时,样品易发生相结构偏析,样品由富Pb和富AgSb的两相组成。样品热导率随AgSbTe2固溶量增加而降低,电性能也有一定程度的降低。样品的无量纲热电优值(ZT)随AgSbTe2固溶量的减小而增加。

AgSbTe_2材料电子结构和热电性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的线性完全势缀加平面波法(FLAPW)研究了AgSbTe2材料的电子能带结构和电子态密度.利用广义梯度近似(GGA)处理交换关联势,在自洽计算的基础上,利用弛豫时间近似下的线性玻尔兹曼输运理论计算了AgSbTe2材料的Seebeck系数随温度的变化.计算结果表明,电子总态密度主要由Ag原子和Te原子贡献,而在费米面附近的总态密度主要是由Te原子提供,而Te的p轨道态密度是总态密度的主要来源.同时发现,在300-600K的温度范围内,材料的Seebeck系数随着温度增加而增大,当温度为T=550K时Seebeck系数达到一个较为稳定的值137μV/K.

CNTs/AgSbTe_(2)复合材料的制备及其热电性能

针对碳纳米管(CNTs)第二相易团聚的难题,通过CNTs的改性和超声分散的复合方法实现了CNTs在AgSbTe_(2)热电材料基体中的均匀分散,制备了CNTs/AgSbTe_(2)复合粉体,并通过放电等离子体烧结技术烧结成块体。均匀分散的CNTs与AgSbTe_(2)基体间形成能带弯曲势垒,散射了低能载流子,塞贝克系数大幅增加,功率因子在500 K处比基体提高了57%,而电导率保持几乎不变。并且CNTs存在大量界面和孔结构,对热导率的降低起到了积极的作用。当CNTs复合量为0.5%时,CNTs/AgSbTe_(2)复合材料的热电优值在500 K处最高为1.03,比基体AgSbTe_(2)提升了43%。

Na/Se掺杂p-型AgSbTe_2化合物热电性能研究

采用熔融-淬火-放电等离子烧结方法制备了两种不同掺杂方式的Na单掺和Na/Se共掺p型AgSbTe2多晶块体材料(Ⅰ:掺杂元素以过量形式添加AgNa0.01SbTe2,AgNa0.01SbTe2Se0.04;Ⅱ:掺杂元素以置换对应元素形式添加Ag0.99Na0.01SbTe2,Ag0.99Na0.01SbTe1.96Se0.04).研究了Na单掺、Na/Se共掺及不同掺杂方式对材料电、热输运性能的影响规律.通过比较不同掺杂方式样品的电、热传输性能确定了最佳的Na/Se掺杂方式:Na置换Ag,Se置换Te并结合适当的Se过量加入.由于Na掺杂对Seebeck系数的提高及Se掺杂对电导率和热导率的优化,Ag0.99Na0.01SbTe1.96Se0.04化合物ZT最大值在620 K达到1.4,较未掺杂AgSbTe2化合物提高约17%.

P掺杂β-FeSi_(2)材料的制备与热电输运性能

β-FeSi_(2)作为一种绿色环保、高温抗氧化的热电材料,在工业余热回收领域具有潜在的应用价值。虽然磷(P)是一种理想的β-FeSi_(2)硅(Si)位的n型掺杂元素,但是P掺杂β-FeSi_(2)易出现第二相,从而限制了其热电性能的提升。本研究采用感应熔炼法合成了一系列FeSi_(2)-xPx(x=0,0.02,0.04,0.06)样品,极大程度地避免了第二相的产生,并系统研究了P掺杂对β-FeSi_(2)热电输运性能的影响。结果表明,P在β-FeSi_(2)中的掺杂极限约为0.04,与前期的理论缺陷计算结果相符。此外,P掺杂优化了β-FeSi_(2)的热电性能,在850 K时,FeSi1.96P0.04的最高热电优值ZT约为0.12,远高于已有的研究结果(673 K,最高ZT仅为0.03)。然而,与同为n型Co和Ir掺杂的β-FeSi_(2)相比(其载流子浓度可达10^(22)cm^(-3)),P掺杂β-FeSi_(2)的载流子浓度较低,最高仅为10^(20)cm^(-3),这导致其电声散射效应较弱,从而限制了整体热电性能的提升。若能提高其载流子浓度,则热电性能有望得到进一步提升。

AgSbTe_2热电化合物的超声化学法合成

采用超声化学法结合还原热处理合成了单相的AgSbTe2粉体,并结合放电等离子烧结（SPS）制备了相应的块体.系统研究了不同前驱体制备条件、热处理温度、时间和起始化学计量比对相组成的影响,并对烧结块体的热电性能进行了初步研究.结果表明：超声化学法合成的前驱体在500℃、2h还原热处理后可以得到近单相的AgSbTe2,且通过调节起始原料的摩尔比可以得到单相的AgSbTe2.所得粉体颗粒平均粒径约为10μm,表面均匀分布着20-50nm的纳米颗粒.性能测试表明单相样品的无量纲热电优值ZT值在570K最大可达1.14.

Bi_(2)Te_(3)热电材料生产设备数据采集与监控系统设计研究

碲化铋(Bi_(2)Te_(3))基热电材料因其在室温下具有最高的热电优值(ZT≈1)而被广泛应用,是目前唯一成功商业化的热电材料。为实现Bi_(2)Te_(3)生产数据实时存储,通过集成管控提高设备运行效率,设计了Bi_(2)Te_(3)热电材料生产设备数据采集与监控系统,实现了全工艺过程的实时数据采集和运行监控。经验证,该系统易于搭建,运行稳定,可以满足企业对Bi_(2)Te_(3)热电材料生产设备的集成监控、存储展示及分析验证等多种实际需求。

Bi_2Te_3基热电材料的研究现状及发展

热电材料是能将热能和电能直接相互转化的功能材料,它的出现为解决能源紧缺和环境污染提供了广阔的应用前景。从理论和实验两个方面对Bi2Te3基热电材料近年来国内外的研究现状及发展进行了简要介绍和评述,并指出了今后的发展方向。在理论上主要基于能带理论、半导体超晶格以及密度泛函理论去寻求影响该材料的相关因子,在实验上主要采用分子束外延、激光脉冲沉积、合金化和水热合成法等方法制备该热电材料。

β-FeSi_2──一种很有发展前途的热电材料

简述了β－ＦｅＳｉ２热电材料的研究工作，分析了β－ＦｅＳｉ２的制备及其热电性能，认为机械合金化是制造β－ＦｅＳｉ２热电材料的发展方向之一。

机械合金化制备β-FeSi_2热电材料的研究

采用MA(MechanicalAlloying)法进行β -FeSi2 热电材料的合成研究。以Fe粉 (Fe >98% ) ,Si粉 (Si>99 9% )为原料 ,将Fe、Si元素粉末按原子分数Fe3 3 Si67混合 ,并将混合料放入高能星型球磨机进行长时间球磨。经不同的工艺进行机械合金化并取样 ,借助XRD、DSC等手段进行分析。研究结果表明 :在机械合金化大约 2 0h以上开始形成ε FeSi相 ,至机械合金化大约 4 0h有 β FeSi2 形成 ,随时间的延长 β FeSi2

β-FeSi_2热电材料的研究进展

综述了β-FeSi_2热电材料晶体学和电子学的基本性质,介绍了通过掺杂和改变微观结构以改善β-FeSi_2热电性能这两种常用方法,并指出其存在问题和研究方向。

热压法制备Bi_2Te_3基热电材料的组织与性能

采用真空单轴热压(HUP)方法制备了Bi_2Te_3基热电材料。结果表明,HUP试样的密度在原始区熔材料的97％以上。所有HUP试样的剪切强度都在21MPa以上,与区熔Bi_2Te_3基材料(001)解理面的强度相比,提高4倍左右。电学性能测试发现,HUP试样的电学性能低于区熔试样,其原因被认为主要是由于在材料粉碎和热压过程中,有效载流子浓度发生了变化。实验发现,相对于区熔试样,p型HUP试样的最佳工作温度向低温方向偏移,而n型HUP试样的最佳工作温度向高温方向移动。

热电材料β-FeSi_2机械合金化和热处理相变

用机械合金化法研制出了β-FeSi2热电材料.研究了球料比、球磨时间等机械合金化参数以及热处理工艺对Fe-Si合金相变的影响.采用X射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)分析了Fe-Si合金相组成及微观形貌.研究结果表明:在球料比为80∶1、球磨速度为450r/min的条件下,球磨5h后的粉体的组成相为α-Fe2Si5,β-FeSi2和ε-FeSi;随着球磨时间的延长,Fe-Si合金粉体的颗粒度变细,成分更加均匀,β-FeSi2的含量逐渐增多;增加球料比也能使Fe-Si合金粉体中的β-FeSi增多;经800℃热处理保温0.5h后可以获得单相β-FeSi.

块体Bi_2Te_3基热电材料性能优化及最新进展

在分析块体Bi2Te3基热电材料性能优化设计思路的基础上,重点探讨了成分优化、结构优化、合成优化及成型优化中提高块体Bi2Te3基热电材料性能的方法。提出了一套值得探讨的优化设计方案,展望了Bi2Te3基热电材料在温差发电和半导体制冷领域颇具潜力的应用前景。

两元P-型梯度结构热电材料FeSi_2/Bi_2Te_3的制备与性能

采用热浸焊法用纯Sn作为过渡层制备了P 型FeSi2 /Bi2 Te3 梯度结构热电材料并对其热电性能进行了测试。发现当热端温度在 5 10℃以下时 ,梯度结构热电材料的平均Seebeck系数保持恒定 ,达 2 2 0 μV/K至 2 5 0μV/K左右 ,显著高于单一均质材料 (Bi2 Te3 和 β FeSi2 )在相同温度范围内的平均Seebeck系数。梯度结构热电材料的输出功率较单种材料高 1.5至 2倍以上 ,且当材料经 190℃ ,10 0h与 2 0 0h的真空退火后 ,输出功率几乎不变。金相观察表明 ,在Sn层与两半导体界面处 ,没有明显的Sn扩散迹象 ,说明在所试验的条件下 ,用Sn作为过渡层热稳定性较好。

Bi_2Te_3基热电材料的湿化学还原法合成反应机制

以BiCl_3、Te为初始原料,在NaOH所提供的碱性环境中利用EDTA包裹Bi^(3+),采用NaBH_4作为还原剂,由此通过湿化学还原法制备高纯Bi_2Te_3基粉体材料。利用X射线衍射(XRD)对粉体材料进行相组成分析,利用扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)进行了形貌观察和元素成分表征。通过研究反应温度、还原剂NaBH_4的含量以及EDTA的包裹效应对产物化学组分和显微形貌的影响规律,阐明了制备过程中的反应机制。结果显示:NaBH_4加入量的适当改变以及EDTA的包裹效应可起到调节Bi^(3+)、Te^(4+)被还原速度的作用,从而有利于产物纯度的提高.并可获得晶粒尺度约为100～200 nm的圆球状Bi_2Te_3基粉体材料。

一维Bi_2Te_3基纳米材料的制备、结构控制与热电性能

热电材料的低维化可以改善材料电输运与热传输的矛盾,特别是一维纳米热电材料明显的晶体各向异性和强烈的量子禁闭效应,可大幅度提高材料的热电优值和热电转换效率。Bi2Te3是制造低温热电材料的最常用材料,在温差发电和半导体制冷方面具有广阔的商业应用前景。以一维Bi2Te3基纳米热电材料的制备技术为评述线索,重点论述一维Bi2Te3基纳米热电材料形貌参数(包括直径、长径比)、晶面取向等微观结构的调控方法、生长机理以及显微结构对热电性能的影响规律。指出发展新的一维Bi2Te3基纳米热电材料结构控制方法,研究一维纳米热电材料的定向排布及组装技术,从更深层次揭示一维结构与热电性能的关系,以及开发一维Bi2Te3基纳米热电材料在各领域的实际应用是未来研究的发展方向。

p-型FeSi_2/Bi_2Te_3梯度热电材料的优值推证与界面温度优化

通过对两元 p-型梯度热电材料 Fe Si2 / Bi2 Te3界面温度的建模计算与实验验证 ,在固定热冷端温区内积分得出的 Z- ΔT值与界面温度 Ti 的关系曲线为 :Z- ΔT =0 .6 72 +11.7× 10 - 4Ti - 1.31× 10 - 6 T2i - 3.4 9× 10 - 9T3i该关系可用来表征两元梯度结构的热电性能。从拟合曲线上得出该梯度结构的最佳界面温度为 2 2 0℃～ 2 30℃ ,这与实验测出两单段材料 (Fe Si2 ,Bi2 Te3)长度比为 10∶ 1左右时所形成的界面温度较为接近。通过测试不同长度比的材料输出功率 ,也发现 10∶ 1梯度材料的最大输出功率较大 ,是相同温差下单段 β- Fe Si2 材料的 2倍～ 2 .6倍。

热压烧结制备Sb_2Te_3热电材料的微结构研究

采用石英管真空封装高纯度的Sb和Te粉末,在800℃熔炼12h,炉冷后研磨制备Sb2Te3粉末,真空热压烧结(480℃,20MPa,保温1h),制备出Sb2Te3块体材料。用XRD、SEM和EDS对材料的物相、形貌和成分进行表征。XRD分析表明,真空熔炼合成粉末和热压烧结块体材料的XRD图谱峰与Sb2Te3的标准衍射图谱相对应。Sb2Te3热压块体材料在平行于热压方向的断面上分布有大量层片状结构,层片厚度均小于1μm,在层片状结构之间均匀分布着短的片状结构。与热压方向垂直的断面上也是层片状结构,层片状较短且分布较均匀,层片厚度大多在1μm左右。材料中Sb和Te的原子百分数分别为38.2%、61.8%,接近2∶3的原子百分比。