CoSb3基熱電材料的溶劑熱合成及熱電性能研究.pdf

1、Yb填充CoSb3方鈷礦熱電材料因具有良好的熱電轉(zhuǎn)化性能，近年來備受關(guān)注。它具有較高的塞貝克系數(shù)和電導率，但同時也有較高的熱導率，為了提高CoSb3方鈷礦化合物的熱電性能，目前最有效的辦法就是降低其熱導率。由于CoSb3具有方鈷礦特殊的籠狀結(jié)構(gòu)，填充元素Yb在Sb組成的二十面體空洞中的擾動效應，能夠強烈散射晶格聲子，從而降低晶格熱導率，提高YbxCo4Sb12化合物的熱電性能。因此，YbxCo4Sb12化合物被認為是一種典型的“電子晶體

2、-聲子玻璃”材料，即材料既具有晶體的良好導電性能，又具有玻璃的低熱導率。本文采用溶劑熱法和放電等離子燒結(jié)(SPS)工藝制備YbxCo4Sb12化合物，以降低CoSb3方鈷礦化合物的晶格熱導率為目的，研究不同的Yb填充濃度對CoSb3方鈷礦化合物熱電性能的影響，主要研究內(nèi)容如下:
　　本文通過6組對比實驗，研究了不同工藝制度條件對CoSb3的物相、顯微結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響，研究結(jié)果表明制備工藝對材料性能有著顯著的影響。主要通過研究

3、反應溫度、反應時間、還原劑含量、溶劑、催化劑及酸堿度等反應條件對CoSb3熱電材料微觀形貌和熱電性能的影響。其中反應溫度、反應時間、還原劑含量影響作用明顯，而溶劑、催化劑、酸堿度則對反應結(jié)果影響甚微。實驗結(jié)果表明240℃，24h和0.5g還原劑(NaBH4)的實驗條件為本實驗的最佳制備工藝。
　　SPS燒結(jié)后，CoSb3熱電材料的XRD中雜峰明顯減少，衍射峰更加接近標準卡片，生成更多的目標產(chǎn)物，說明SPS燒結(jié)過程中反應繼續(xù)發(fā)生，同

4、時晶粒不但尺寸有一定程度的增加，而且晶粒生長成更加規(guī)則的多面體，晶粒尺寸在250nm左右。
　　在填充濃度為x=0-0.5的范圍內(nèi)，實驗中所得的幾種方鈷礦化合物的塞貝克系數(shù)均為正值，表現(xiàn)為p型傳導。并且其數(shù)值隨溫度的上升而增加，比純相CoSb3的塞貝克系數(shù)高，尤其是在中溫部分有大幅度提高，其中，Yb0.35Co4Sb12化合物有最大的塞貝克系數(shù)12.72V/K。
　　YbxCo4Sb12塊體材料的電導率隨溫度的上升而下降。填

5、充體系中電導率由大到小依次按x=0.5、0.4、0.35、0.3的順序排列，其原因是載流子濃度隨填充Yb含量的增加而增加，x=0.5的體系中填充的含量最高，相比而言，其電導率最大。熱電材料的密度是影響其電學性能的一個重要因素，密度的大小反應了材料的致密度的大小，性能上則表現(xiàn)在電導率的高低。一般來說，密度越大，電導率越大;密度越小，電導率越小。
　　YbxCo4Sb12塊體材料的熱導率隨溫度的上升先下降再上升，600K時有最小值。其

6、中未填充Yb的CoSb3塊體的熱導率最大，明顯高于填充后的體系，在600K時為4.20W/mk，填充Yb的體系中，熱導率最低的為x=0.3的體系，在600K時，其熱導率低至2.59W/mk，其他體系的最小值也都在2.90-3.27W/mk的范圍內(nèi)。YbxCo4Sb12塊體材料的熱導率的降低與填充在CoSb3二十面體中的Yb擾動孔洞，增強晶格聲子的散射作用密切相關(guān)。x=0.3的摻雜濃度下方鈷礦的熱導率最低，說明該濃度Yb的填充在CoSb3