TiFeSb基Half-Heusler热电材料的制备与热电性能

采用固相反应+放电等离子体两步法成功地制备了TiFeSb及Mn掺杂的(Ti0.75Mn0.25)FeSb两种P型Half-Heusler热电材料,并对这两种新型热电材料体系的X射线衍射谱进行了计算模拟和试验研究,同时对其组织结构和热电性能进行了表征。试验结果表明,合成材料的X射线衍射试验谱可以与模拟计算谱很好的吻合;50℃时,TiFeSb的ZT值为0.011,而(Ti0.75Mn0.25)FeSb体系因Mn掺杂后电阻率大幅度下降,Seebeck系数变化不大,热导率下降了1.2 W·m-1·K-1,使得最终的功率因子较TiFeSb体系提高了3.5倍,ZT值提高了4.3倍。

TiFe_(1.1−x)Ni_(x)Sb的结构和热电性能随Ni填充量的演变

TiFeSb是一种以half-Heusler结构为主相的多相材料.在这项工作中,我们发现可以通过将Ni填充到half-Heusler结构的4d空位来稳定TiFeSb,并获得单相TiFeNi_(0.1)Sb合金.为了提高热电性能,我们设计并合成了具有更多价电子的TiFe_(1.1−x)Ni_(x)Sb(x=0.1–1.0)样品.结构分析表明,x=0–0.3的样品是具有类half-Heusler结构的单相合金,x=0.4–0.7的样品是以Double half-Heusler为主相的两相材料,x=0.8–1.0的样品是类full-Heusler结构的单相材料.同时,在TiFe_(1.1−x)Ni_(x)Sb中实现了优异的p型(x=0–0.3)和n型(x=0.8–1.0)电输运性能,这可以用Slater-Pauling规则很好地解释.结合由于无序晶体结构而大大降低的晶格热导率,p型TiFe_(0.8)Ni_(0.3)Sb和n型TiFe_(0.3)Ni_(0.8)Sb在973 K下分别获得了约0.6和0.4的热电优值.我们还证明,这些样品的热电性能可以通过常规掺杂或合金化方法进一步优化.通过Cu代替Ni(或Fe),p型TiFe_(0.8)Ni_(0.2)Cu_(0.1)Sb的载流子浓度降低,并且在973 K时热电优值达到0.8,这是空位填充型Heusler合金的最高记录.