p型方鈷礦基熱電材料的混合稀土填充及性能優(yōu)化.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能之間直接轉(zhuǎn)換的功能材料，理想的熱電材料不僅應(yīng)有較高的熱電優(yōu)值ZT值，還應(yīng)環(huán)境友好和成本低廉。填充方鈷礦化合物是一種新型的中溫區(qū)熱電材料，具有良好的導(dǎo)電性能，同時又具有較低的熱導(dǎo)率，被認(rèn)為是一種典型的“電子晶體-聲子玻璃”材料。生產(chǎn)應(yīng)用的熱電器件需要同一基體材料的n型和p型組合在一起以達到熱電轉(zhuǎn)換的最高效率。但是，目前p型填充方鈷礦材料的熱電性能由于重帶對功率因子的損害而無法與之匹敵，仍需要我們的進一步探索

2、研究。
　　本文針對p型填充方鈷礦材料的特點與問題，系統(tǒng)地研究了混合稀土填充、Fe/Co比、晶粒細(xì)化對填充方鈷礦材料的影響，主要取得如下成果:
　　通過懸浮熔煉-SPS的制備方法可重復(fù)制備單相p型填充方鈷礦(Pr0.25Nd0.75)xFe3CoSb12熱電材料。(Pr0.25Nd0.75)雙原子部分填充可以在材料的電學(xué)性能沒有很大影響下，有效降低其晶格熱導(dǎo)率，同時Fe的存在也可以引入點缺陷從而進一步降低熱導(dǎo)率。其中試樣(P

3、r0.25Nd0.75)0.76Fe3CoSb12獲得此體系中的最低晶格熱導(dǎo)率0.44Wm-1K-1，在700K時獲得ZTmax=0.83。
　　在懸浮熔煉-SPS法制備得到的不同F(xiàn)e/Co比的(Pr0.25Nd0.75)0.8FexCo4-xSb12化合物中，當(dāng)Fe的含量x＞1時，所制得的均是p型半導(dǎo)體。隨著Fe含量x的增加，化合物的電導(dǎo)率先下降后上升，功率因子先下降后上升，晶格熱導(dǎo)率κl先下降后上升。當(dāng)Fe含量x為3時，晶格熱

4、導(dǎo)率κl獲得最小值0.95 Wm-1K-1，這同時是此系列試樣中熱電性能最好的。
　　懸浮熔煉-SPS法制備得到的單原子填充方鈷礦NdxFe3CoSb12熱電材料，均為p型半導(dǎo)體。其熱電性能與填充分?jǐn)?shù)變化規(guī)律與混合稀土填充方鈷礦材料相似，同時由于填充原子的改變，試樣電學(xué)性能有所提高，熱導(dǎo)率有一定的上升，試樣Nd0.8Fe3CoSb12在700K左右達到最大值，ZTmax=0.77。從熱電性能的方面和原料成本兩方面方面考慮，混合稀土