贗三元機(jī)械合金化摻Er熱電材料的制備與性能研究.pdf

1、熱電材料又稱溫差電材料，它能夠?qū)崿F(xiàn)電能和熱能的直接轉(zhuǎn)換，Bi2Te3基贗三元熱電材料是室溫下熱電性能最好的熱電材料之一，在室溫致冷領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
　　本文在國內(nèi)外熱電材料研究發(fā)展的基礎(chǔ)上，采用機(jī)械合金化法制備了n型贗三元摻Er合金粉體材料。在此基礎(chǔ)上采用熱壓法和冷壓燒結(jié)法制備了贗三元摻Er合金塊體材料，并通過掃描電鏡（SEM）、X射線衍射（XRD）和分析了贗三元機(jī)械合金化摻Er合金粉體和壓制燒結(jié)材料的微觀結(jié)構(gòu)，通過測試塊體材料

2、的熱電性能研究了Er摻雜濃度和制備工藝參數(shù)對材料熱電性能的影響，對n型Bi2Te3基贗三元機(jī)械合金化摻Er熱電性能的改進(jìn)和提高進(jìn)行了有益的探索。此外，為了探索Bi2Te3基熱電材料新的制備方法，采用金屬型定向凝固工藝制備了n型Bi2Te3基贗三元多晶材料，通過掃描電鏡(SEM)和電學(xué)性能的測試分析了材料的微觀結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能，研究表明金屬型定向凝固方法對材料的性能有一定的改善。
　　本文將高純度元素Bi、Sb、Te和Se（純度≥99

3、.99％）按n型贗三元材料的化學(xué)計量比與不同濃度的稀土Er混合，采用機(jī)械合金化方法成功制備了n型贗三元機(jī)械合金化摻Er粉體材料。XRD分析表明，單質(zhì)元素Bi、Sb、Te、Se和稀土Er在以石油醚為球磨介質(zhì)經(jīng)100h球磨后實(shí)現(xiàn)了合金化；SEM分析表明，隨著球磨的時間延長，晶體顆粒變的均勻細(xì)小，顆粒尺寸在5nm到50nm量級。
　　使用n型贗三元機(jī)械合金化摻Er粉體材料，在不同的熱壓溫度下采用熱壓方法制備了n型贗三元機(jī)械合金化摻Er熱

4、壓塊體材料。XRD分析表明，熱壓塊體樣品的主衍射峰峰強(qiáng)明顯變矮，峰形變寬，d值變大，說明熱壓塊體樣品在熱壓過程中晶粒長大，晶體化程度加強(qiáng)。SEM分析表明，隨著熱壓溫度的升高，熱壓樣品內(nèi)部的空隙明顯變小同時數(shù)量減少，晶粒間結(jié)合致密。熱電參數(shù)分析表明，材料的熱電性能與摻雜濃度、熱壓溫度密切相關(guān)。材料的Seebeck系數(shù)隨摻雜濃度的提高先增大后減小，在摻雜濃度為0.5wt%時達(dá)到最大；在熱壓溫度為180～260℃的范圍內(nèi)，材料的Seebeck

5、系數(shù)和電導(dǎo)率均隨熱壓溫度的升高而增大。
　　在n型贗三元機(jī)械合金化摻Er合金粉體的基礎(chǔ)上，采用冷壓燒結(jié)法制備了n型贗三元機(jī)械合金化摻Er冷壓燒結(jié)材料。熱電性能測試結(jié)果表明，冷壓燒結(jié)塊體的熱電性能與Er的摻雜濃度、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時間密切相關(guān)。發(fā)現(xiàn)隨燒結(jié)溫度的升高，材料的Seebeck系數(shù)、功率因子均表現(xiàn)出先增大后減小，在燒結(jié)溫度450℃時，Seebeck系數(shù)、功率因子值均達(dá)到最大。而電導(dǎo)率隨燒結(jié)溫度升高表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。在燒結(jié)溫

6、度為450℃，燒結(jié)時間為0.5h，隨著Er含量的增加，材料的Seebeck系數(shù)隨摻雜濃度增加而減小，在摻雜濃度為0.1wt%時，Seebeck系數(shù)達(dá)到最大。電導(dǎo)率隨摻雜濃度的增大逐漸增大，Er含量為0.1wt%時具有最好的功率因子。隨著燒結(jié)時間的變化，材料的Seebeck系數(shù)表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在1h時Seebeck系數(shù)最大。而電導(dǎo)率與功率因子均表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢。
　　本文采用金屬型定向凝固方法制備了n型贗三元塊體多