磁性粒子摻雜n型方鈷礦基材料的制備和熱電性能.pdf

1、方鈷礦熱電材料在200-500℃中溫區(qū)具有優(yōu)異的熱電性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是太陽(yáng)能熱電-光電復(fù)合發(fā)電、汽車尾氣余熱發(fā)電等的關(guān)鍵材料。本論文以(Ba，In)雙填充方鈷礦材料為對(duì)象，通過(guò)摻雜磁性納米顆粒，制備磁性納米復(fù)合熱電材料，研究了磁性粒子摻雜對(duì)方鈷礦物相組成、顯微結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響，并分析磁化處理對(duì)復(fù)合材料電熱輸運(yùn)性能的影響規(guī)律。
　　 采用熔融急冷-擴(kuò)散退火-化學(xué)鍍水熱處理-放電等離子體燒結(jié)工藝制備了一系列Ni納米粒子摻

2、雜、名義組成為xNi/Ba0.3In0.3Co4Sb12(0≤x≤0.12％，△x=0.03％)的Ba0.3In0.3Co4Sb12基磁性納米復(fù)合熱電材料，并重點(diǎn)研究了Ni納米粒子摻雜對(duì)材料的物相組成和電熱輸運(yùn)性能的影響。XRD和電子顯微鏡分析表明，化學(xué)鍍水熱處理前后的所有樣品均由單相方鈷礦組成，未出現(xiàn)CoSb2、InSb等雜質(zhì)相，指示(Ba，In)填充方鈷礦具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性。電熱輸運(yùn)性能研究表明，優(yōu)化Ni納米粒子摻雜量可在保持較高

3、Seebeck系數(shù)條件下顯著提高電導(dǎo)率和功率因子，Ni納米粒子產(chǎn)生的增強(qiáng)聲子散射作用可有效降低晶格熱導(dǎo)率，Ni納米粒子摻雜具有協(xié)同調(diào)控電熱輸運(yùn)的作用。Ni納米粒子摻雜量為x=0.09％的樣品850K時(shí)ZT值達(dá)到1.34，與磁化前純Ba0.3In0.3Co4Sb12塊體材料850 K時(shí)ZT值1.16相比，提高了15.7％;磁化后該樣品850K時(shí)達(dá)到1.39，與磁化后純Ba0.3In0.3Co4Sb12塊體材料850 K時(shí)ZT值1.33相比

4、，增加了4.0％。
　　 采用熔融急冷-擴(kuò)散退火-超聲分散處理-放電等離子體燒結(jié)工藝制備了一系列Fe納米粒子摻雜、名義組成為xFe/Ba0.3In0.3Co4Sb12(0≤x≤0.4％)的Ba0.3In0.3Co4Sb12基磁性納米復(fù)合熱電材料，并重點(diǎn)研究了Fe納米粒子摻雜對(duì)材料的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)和電熱輸運(yùn)性能的影響。所有SPS燒結(jié)樣品均由主晶相方鈷礦相組成，但隨著Fe摻量增加，雜質(zhì)相CoSb2、 FeSb2逐漸增多。所有樣品

5、的晶粒大小集中在2～5μm之間。由于第二相影響，F(xiàn)e摻雜樣品的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率均降低。樣品ZT值隨x值增大先增大后降低，x=O.05％Fe摻雜樣品同時(shí)具有高功率因子和低熱導(dǎo)率，ZT值最大，850 K時(shí)達(dá)到1.30，與磁化前純Ba0.3In0.3Co4Sb12塊體材料850 K時(shí)ZT值1.21相比，提高了7.4％;磁化后該樣品850 K時(shí)達(dá)到1.36，與磁化后純Ba0.3In0.3Co4Sb12塊體材料850 K時(shí)ZT值1.26相比，增加了

6、7.9％。
　　 采用熔融急冷-擴(kuò)散退火-球磨及超聲分散處理-放電等離子體燒結(jié)工藝制備了一系列BaFe12O19納米粒子摻雜、名義組成為xBaFe12O19/Ba0.3In0.3Co4Sb12(0≤x≤0.4％，△x=0.1％)的Ba0.3In0.3Co45b12基磁性納米復(fù)合熱電材料，并重點(diǎn)研究了BaFe12O19納米粒子摻雜對(duì)材料的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)和電熱輸運(yùn)性能的影響。所有SPS燒結(jié)樣品均由主相方鈷礦組成，晶粒大小集中在2

7、～4μm之間;BaFe12O19納米粒子摻雜樣品的電導(dǎo)率降低，Seebeck系數(shù)增大，總熱導(dǎo)率降低。磁化前，x=0.3％ BaFe12O19摻雜樣品同時(shí)具有高的功率因子和較低的熱導(dǎo)率，ZT值最大，850 K時(shí)達(dá)到1.41，與磁化前純Ba0.3In0.3Co4Sb12塊體材料850 K時(shí)ZT值1.28相比，提高了10.4％;磁化后該樣品850 K時(shí)ZT值僅為1.18，與磁化后純Ba0.3In0.3Co4Sb12塊體材料850 K時(shí)ZT值1