Si-,80-Ge-,20-熱電材料的制備與性能研究.pdf

1、鍺硅熱電材料是一種性能優(yōu)越的高溫域熱電材料，SiGe合金單晶的ZT值也可以達(dá)到0.65，是很有潛力的熱電材料。適合制造由放射線同位素供熱的溫差發(fā)電器，并已得到實際應(yīng)用，1977年旅行者號太空探測器首次采用SiGe合金作為溫差發(fā)電材料，此后的美國NASA的空間計劃中，SiGe差不多完全取代PbTe材料，但是仍然存在ZT值偏低的問題。 本文首先對熱電現(xiàn)象，熱電材料的發(fā)展歷史進(jìn)行了比較詳細(xì)的綜述。已有的研究表明，以Si<,80>Ge<

2、,20>為基，摻入不同元素得到的固溶體合金是目前為止最好的高溫區(qū)熱電半導(dǎo)體材料。 應(yīng)用先進(jìn)粉末冶金技術(shù)與SPS相結(jié)合的方法制備了p型Si<,80>Ge<,20>基熱電半導(dǎo)體合金，確定了最佳的制備工藝。結(jié)果表明，在該體系中Si，Ge元素在高溫條件下極易氧化，影響試樣的熱電性能，所以合金熔煉時應(yīng)充入惰性保護(hù)氣體，燒結(jié)時溫度不宣過高。Si<,80>Ge<,20>的熔煉溫度是1400℃，最佳的SPS燒結(jié)溫度為1250℃。對于摻雜的Si<

3、,80>Ge<,20>基材料，p型Si<,80>Ge<,20>基熱電材料的熔煉溫度是1400℃，最佳的SPS燒結(jié)溫度為1125℃。 本文對p型Si<,80>Ge<,20>B<,x>固溶體的化學(xué)配比進(jìn)行了研究，采用已確定的最佳工藝，制備了不同x值的固溶體，并比較了各試樣的熱電性能。結(jié)果表明，x=1.2時，可以得到熱電性能最好的p型熱電合金，與Si<,80>Ge<,20>相比電阻率性能提高明顯(僅為其10<'-4>)，其無量綱熱電優(yōu)

4、值在0.87左右，比目前報道最高的0.67提高29.86％。 本文對摻雜B同時加入納米級惰性顆粒Si<,3>N<,4>的Si<,80>Ge<,20>試樣進(jìn)行了研究。通過與Si<,80>Ge<,20>B<,1>試樣的對比發(fā)現(xiàn)試樣的電阻率增大了約6倍，Seebeck系數(shù)略有提高，在550K～1000K的溫度范圍內(nèi)降低了材料的熱導(dǎo)率，無量綱熱電優(yōu)值僅為0.15。 本文對摻雜Al的Si<,80>Ge<,20>試樣進(jìn)行了研究。得到