SiNWs-Mg2Si復合熱電材料的制備與性能研究.pdf

1、熱電材料是一類能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料，利用其可進行溫差發(fā)電與熱電制冷。由熱電材料制作的熱電器件具有簡易輕巧、經(jīng)久耐用、反應靈敏、環(huán)?？煽康葍?yōu)點，應用前景非常廣闊。鎂硅基熱電材料原料豐富、安全無毒且熱電性能優(yōu)秀，近年來十分引入關(guān)注。本文通過將Mg2Si、Bi粉與由化學刻蝕法刻蝕后的單晶Si片置于無水乙醇中同步超聲振蕩，得到硅納米線(SiNWs)、Bi和Mg2Si的混合粉體，并通過電場激活壓力輔助燒結(jié)(FAPAS)方法制備

2、出2at.％Bi摻雜的SiNWs-Mg2Si塊體復合熱電材料，采用掃描電鏡、透射電鏡等手段對其微觀結(jié)構(gòu)進行表征，利用熱電測試儀與激光閃光熱常數(shù)測試系統(tǒng)對其熱電性能進行表征，通過剪切試驗與剪切斷口顯微觀察對其力學性能進行了研究分析。
　　本研究采用0.035mol/L AgNO3(aq)與20wt％HF酸的混合液為化學刻蝕液，常溫刻蝕3h，可制得直徑50-500nm、長度可達幾十微米的硅納米線陣列;以Mg2Si粉、Bi粉和利用化學刻

3、蝕法刻蝕后的硅片為原材料，在無水乙醇中超聲混合后真空烘干，經(jīng)FAPAS燒結(jié)可制得致密度良好的SiNWs-Mg2Si復合熱電材料。經(jīng)超聲振蕩與FAPAS快速燒結(jié)工藝后，硅納米線可完整保存于基體中，并呈均勻分布狀態(tài);硅納米線摻入后材料載流子濃度與遷移率均降低進而使電導率明顯降低，Seebeck系數(shù)基本不變，熱導率顯著降低。隨著硅納米線摻量增加電導率進一步降低，Seebeck系數(shù)稍有提高，而熱導率開始上升;常溫下當硅納米線含量由0.1at.％

4、增至0.3at.％時，材料載流子遷移率下降14.2％，電導率下降28.2％; Seebeck系數(shù)增加12.1％;熱導率升高13.7％。摻0.1at.％SiNWs樣品熱電性能最優(yōu)，ZT值在800K時達到最大為0.5。硅納米線摻入后Mg2SiBi0.02塊體材料的剪切強度顯著提高，含0.3at.％SiNWs樣品的剪切強度可達8.43MPa，比未摻SiNWs樣品提高了近兩倍;同時發(fā)現(xiàn)，隨著硅納米線摻量增加，材料剪切斷裂形式由解理斷裂與沿晶斷裂