CoSb-,3-和La-,y-Ni-,x-Co-,4-x-Sb-,12-制備及其熱電性能研究.pdf

1、熱電材料是利用熱電效應(yīng)將熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料.熱電效應(yīng)分為電流引起的熱效應(yīng)和溫差引起的電效應(yīng),基于熱電效應(yīng)的熱電轉(zhuǎn)換裝置沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)部件、運(yùn)行安靜、清潔無(wú)環(huán)境污染.熱電材料是能源新技術(shù)領(lǐng)域的一種重要材料.該文以可在中溫區(qū)使用的方鈷礦(Skutterudite)結(jié)構(gòu)的熱電材料CoSb<,3>及CoSb<,3>基熱電材料La<,y>Ni<,x>Co<,4-x>Sb<,12>為研究對(duì)象,采用高能球磨、放電等離子燒結(jié)(SPS)、X射

2、線衍射、電參數(shù)測(cè)試儀(ZEM-2)、激光熱導(dǎo)儀等先進(jìn)手段,分別對(duì)材料制備工藝、組織結(jié)構(gòu)和熱電性能進(jìn)行了研究.首先,系統(tǒng)研究了制備工藝對(duì)CoSb<,3>合成及其熱電性能的影響.在得到最佳球料比20:1和較好的球磨時(shí)間5小時(shí)后,利用此球料比和球磨時(shí)間,得出較佳燒結(jié)溫度為873K.二次球磨的實(shí)驗(yàn)證明,對(duì)材料的合成與晶粒細(xì)化分成兩步實(shí)現(xiàn)不會(huì)提高熱電性能,即二次球磨沒(méi)有必要.其次,利用優(yōu)化后的制備工藝制備了稀土添加的La<,x>Co<,4>Sb<

3、,12>化合物,并系統(tǒng)研究其熱電性能.其中La添加量x分別為x=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9,1.0.實(shí)驗(yàn)表明,La的適量添加能降低電阻率和熱導(dǎo)率.當(dāng)La添加量x=0.9,La<,0.9>Co<,4>Sb<,12>化合物在測(cè)試溫度T=773K時(shí)具有最大的熱電性能優(yōu)值ZT<,MAX>=0.343.最后,在La<,x>Co<,4>Sb<,12>化合物當(dāng)La添加量x=0.9時(shí)取得最優(yōu)熱電性能的基礎(chǔ)上,制備了Ni置換的La<,0.9>

4、Ni<,x>Co<,4-x>Sb<,12>化合物并系統(tǒng)研究其熱電性能,其中Ni添加量x分別為x=0.05,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0.實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)Ni置換的La<,0.9>Ni<,x>Co<,4-x>Sb<,12>化合物全部表現(xiàn)為n型熱電材料;Ni的適量加入能進(jìn)一步降低電阻率和熱導(dǎo)率,達(dá)到優(yōu)化熱電性能目的.成份為L(zhǎng)a<,0.9>Ni<,0.4>Co<,3.6>Sb<,12>的化合物具有最大的熱電性能優(yōu)值ZT,在測(cè)試溫度T=7