熔体旋甩法制备p型填充式方钴矿化合物Ce_(0.3)Fe_(1.5)Co_(2.5)Sb_(12)的微结构及热电性能

采用熔体旋甩法结合放电等离子烧结技术(MS-SPS)制备了p型填充式方钴矿化合物Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12,研究了熔体旋甩工艺对微结构以及热电性能的影响规律.结果表明,较高的铜辊转速和较低的喷气压力有利于提高熔体的冷却速率,使带状产物晶粒细化.薄带经SPS烧结后得到致密、基本单相、晶粒尺寸均匀细小(150—300nm)的块体.与传统方法制备的试样相比,MS-SPS试样虽然电导率有所降低,但因具有较大的Seebeck系数而获得了相对较高的功率因子.更为重要的是,由于MS-SPS样品中的纳米结构,样品晶格热导率较传统方法制备的Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12降低约30%,因此MS-SPS工艺制备的试样的无量纲热电性能指数ZT与传统方法制备的样品相比有所提高,750K时达到0.55左右.

p型Y_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物的热电性能

以3+价的Y作为填充原子,在y=0～0.4的组成范围内,合成了填充式方钴矿化合物YyFexCo4-xSb12,系统研究了Y填充分数对p型YyFexCo4-xSb12化合物电性能和热性能的影响.所有样品均显示为p型传导,随着Y填充分数的增加,方钴矿化合物的电导率下降;塞贝克系数随着温度的升高和Y填充分数的增加而增大,同时峰值朝低温方向移动.晶格热导率随Y填充分数的增加先减小后增加,在一定填充分数y时达到最小值.填充在Sb的20面体空洞中的Ba、Ce、Y原子能显著降低其晶格热导率,且晶格热导率降低幅度按Ba、Ce、Y离子半径减小的顺序增大.无量纲热电性能指数ZT随温度的升高而增大,组成为Y0.08Fe0.7Co3.3Sb12的填充式方钴矿化合物在750K时其最大无量纲热电性能指数ZT达0.7.

Ca和Ce双原子复合填充p型Ca_mCe_nFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物的合成及热电性能

用高温熔融法合成了Ca和Ce复合填充的单相p型CamCenFexCo4-xSb12化合物,探索了两种原子复合填充对其热电性能的影响规律.研究结果表明,填充分数相同时,Ca和Ce两种原子复合填充的p型CamCenFexCo4-xSb12化合物的载流子浓度和电导率介于Ca或Ce一种原子单独填充的化合物之间,且随两种原子填充分数m+n的增加而降低;赛贝克系数随两种原子填充总量,尤其是Ce填充分数m的增加以及温度的上升而增加;在相同填充分数时,两种原子复合填充的p型CamCenFexCo4-xSb12化合物的晶格热导率较Ca或Ce一种原子单独填充的化合物的晶格热导率低,当总填充分数m+n为0.3左右,且Ca和Ce的填充量大致相等时,化合物的晶格热导率最低.p型Ca0.18Ce0.12Fe1.45Co2.55Sb12.21化合物的最大热电性能指数ZT值在750K时达到1.17.

n型Ba_yNi_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物的热电性能

系统地研究了Ba填充分数及Ni含量对n型BayNixCo4 -xSb1 2 (x =0— 0 .1,y =0— 0 .4 )化合物热性能及电性能的影响规律 .n型BayNixCo4 -xSb1 2 的热导率随Ba填充分数的增加而显著下降 ,当Ba填充分数为 0 .3时 ,热导率随Ni含量的增加而降低 ,在x =0 .0 5时 ,热导率达到最小值 ,晶格热导率随Ni含量的增加单调降低 .电子浓度和电导率随Ba填充分数及Ni含量的增加而增加 ,塞贝克系数则随Ba填充分数及Ni含量的增加而减小 .对于Ba0 .3Ni0 .0 5Co3.95Sb1 2 试样 ,得到了 1.2最大无量纲热电性能指数ZT .