Abstract ：

Mg2(Si,Sn)基材料是环境友好的热电材料,具有较好的应用前景.本工作采用熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术(MS+SPS)制备了单相的Mg2(Si0.4Sn0.6)Sb0.015固溶体,通过将机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)技术(MA+SPS)结合制备的相同样品进行对比,研究MS工艺对样品微结构以及热电性能的影响.结果表明,MS得到的固溶体薄带主要由200～500 nm的小颗粒组成,将薄带研磨制粉经SPS烧结后得到的致密块体具有明显细化的晶粒和分布均匀的共格纳米析出相.与MA+SPS工艺制备的样品相比,MS+SPS制备的固溶体的迁移率明显降低,在一定温度范围内,电阻率略有升高,Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低.MS+SPS制备的Mg2(Si0.4Sn0.6)Sb0.015固溶体热电性能明显提高,在643 K时其最大ZT值达到1.30.

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热电性能 纳米析出相 熔体旋甩(MS) Mg2Si0.4Sn0.6固溶体

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CaB6作为一种新型的热电材料,原料丰富且环保.以硼粉和氢化钙粉为原料,通过放电等离子烧结原位反应合成成功制备出了CaB6块体材料.第一性原理计算结果表明,CaB6呈现金属输运特性.试验结果表明,CaB6呈现n型金属输运特性.在373～773K测试温度范围内,功率因子随着温度的升高呈上升趋势,从2.86×10-3W·m-1 K-2增加到3.6×10-3 W·m-1 K-2,热导率随着温度的升高呈下降趋势,从11.63W· m-1 K-1减小到9.06W· m-1 K-1,其中晶格热导率占主导,且晶格热导率随温度的变化趋势与理论计算结果一致.在1673K制得的CaB6样品在773K取得最大ZT值,达到0.34.

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CaB6 ZT 第一性原理计算 原位反应合成 电性能

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以铋粉、碲粉、硒粉以及纳米SiC粉末为原料,采用机械合金化结合放电等离子烧结技术成功制备了n型Bi_2(Te_(0.9)Se_(0.1))_3/(SiC)_y(0≤y≤0.02)纳米复合热电材料,并详细研究了纳米SiC复合量对样品物相组成、微观组织结构以及热电性能的影响。实验结果表明,纳米尺度的SiC颗粒弥散分布在微米尺度的Bi_2(Te_(0.9)Se_(0.1))_3基体中的晶界处,这种纳米复合结构能够显著降低晶格热导率,对热电性能的提高非常有利。Bi_2(Te_(0.9)Se_(0.1))_3/(SiC)_y复合热电材料的电输运特性为n型传导,电阻率和Seebeck系数均随SiC含量的增...

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晶格热导率 SiC纳米复合化 ZT 热导率 Bi2Te3

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以铋粉、碲粉、硒粉以及纳米 SiC 粉末为原料,采用机械合金化结合放电等离子烧结技术成功制备了n型Bi2(Te0.9Se0.1)3/(SiC)y(0≤y≤0.02)纳米复合热电材料,并详细研究了纳米 SiC复合量对样品物相组成、微观组织结构以及热电性能的影响.实验结果表明,纳米尺度的 SiC 颗粒弥散分布在微米尺度的 Bi2(Te0.9Se0.1)3基体中的晶界处,这种纳米复合结构能够显著降低晶格热导率,对热电性能的提高非常有利.Bi2(Te0.9Se0.1)3/(SiC)y复合热电材料的电输运特性为n型传导,电阻率和Seebeck系数均随SiC含量的增多而增大,在室温附近仍保持有良好的电输运特性.纳米SiC颗粒弥散分布在晶界位置,可以增加声子散射,显著降低热导率,使得复合有SiC的样品的ZT值相较未掺杂的样品有所提高,在SiC复合量摩尔比y＝0.01,T＝323 K时,Bi2(Te0.9Se0.1)3/(SiC)0.01成分样品具有最大ZT 值,达到0.73.

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晶格热导率 热导率 SiC纳米复合化 ZT Bi2Te3

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晶格热导率 Sb掺杂 Mg2Si基热电材料 放电等离子烧结 热电性能

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在密度泛函理论和线性响应的密度泛函微扰理论基础上的第一性原理计算的方法研究了Ca掺杂对纤锌矿结构氧化物ZnO热学参数和热学性能的影响．研究结果表明，Ca掺杂ZnO氧化物晶格a，b，c 轴均有所增大；在计算温度区间，纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大；Ca 掺杂的ZnO具有较高的晶格热容；纯的 ZnO 和 Ca 掺杂的 ZnO 的晶格热容在最高温度900K 分别达到16．5 Cal．mol－1 K－1和31．7 Cal．mol－1 K－1．纯的ZnO和Ca掺杂的ZnO的德拜温度θD均随温度升高不断增大， Ca掺杂的ZnO的德拜温度θD均高于纯的ZnO．Ca掺杂在ZnO中引入了新的振动模式．Ca掺杂ZnO氧化物应该具有较高的晶格热导率．

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ZnO 热学性能 Ca掺杂

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基于线性响应的密度泛函微扰理论研究了Cu掺杂纤锌矿结构氧化物ZnO的热学参数和热学性能.结果表明,Cu掺杂导致ZnO氧化物晶胞减小;在计算温度区间,纯的ZnO和Cu掺杂的ZnO的晶格热容均随温度升高不断增大,Cu掺杂的ZnO具有较高的晶格热容;纯的ZnO和Cu掺杂ZnO的晶格热容在最高温度900 K时分别达到69.1 J·(mol1·K-1)和152.8 J·(mol-1·K-1).纯的ZnO和Cu掺杂ZnO的德拜温度均随温度升高而不断增大;在175 K以下,Cu掺杂ZnO体系的德拜温度高于未掺杂体系,在175 K以上,Cu掺杂ZnO体系的德拜温度低于未掺杂体系.Cu掺杂在ZnO中引入了新的振动模式.Cu掺杂ZnO氧化物应具有较高的晶格热导率.

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ZnO Cu掺杂 热学参数 热学性能

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采用溶胶-凝胶结合放电等离子烧结的方法制备了Ba,Ag双掺杂的BaxAgyCa2.8Co4O9块体热电氧化物材料,利用X射线衍射仪,扫描电子显微镜和热参数测试仪分析了所得样品的物相、微观组织结构和热输运性能.结果表明,通过Ba,Ag双掺杂有效调制了Ca3Co4O9的热传输性能,增加Ba掺杂量能有效降低其热导率.分析结果表明,Ba,Ag双掺杂对热导率的调制来源于对晶格热导率的调制,其中Ba,Ag等量掺杂所得样品热导率最低,其总热导率和晶格热导率在973 K时分别达到了1.43 W/mK和1.10 W/mK.

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双掺杂 热导率 Ca3Co4O9

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采用溶胶-凝胶结合放电等离子烧结的方法制备了Ba, Ag双掺杂的BaxAgyCa2.8Co4O9块体热电氧化物材料,利用X射线衍射仪,扫描电子显微镜和热参数测试仪分析了所得样品的物相、微观组织结构和热输运性能.结果表明,通过Ba, Ag双掺杂有效调制了Ca3 Co4 O9的热传输性能,增加Ba掺杂量能有效降低其热导率.分析结果表明, Ba, Ag双掺杂对热导率的调制来源于对晶格热导率的调制,其中Ba, Ag等量掺杂所得样品热导率最低,其总热导率和晶格热导率在973 K时分别达到了1.43 W/mK和1.10 W/mK.

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Ca3Co4O9 双掺杂 热导率

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采用惰性气体保护蒸发-冷凝法制备了纳米Bi及Te粉末,结合机械合金化和放电等离子烧结技术,在不同烧结温度下制备出了单一物相且具有纳米层状结构及孪晶亚结构的n型Bi_2Te_3块体材料,并系统研究了块体材料的晶粒尺度、微结构及其对电热传输特性的影响.SEM,TEM分析结果表明,以纳米粉末为原料,通过有效控制工艺条件,可以制备出具有纳米层状结构Bi_2Te_3合金块体材料,同时纳米层状结构中存在孪晶亚结构;热电性能测试结果表明,具有纳米层状结构及孪晶亚结构的块体试样与粗晶材料相比,热导率大幅度降低,在423 K附近,热导率由粗晶材料的1.80 W/mK降至1.19 W/mK,晶格热导率从1.16 W/mK降至0.61 W/mK,表明纳米层状结构与孪晶亚结构共存,有利于进一步提高声子散射,降低晶格热导率.其中在693 K放电等离子烧结后的试样于423K附近取得最大值的无量纲热电优值（ZT）,达到0.74.

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热导率 尺度效应 碲化铋合金 热电性能

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