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Ti填充型和Te置换型CoSb3方钴矿热电材料的高压制备和热电特性研究

2020-12-09阅读(543)

Ti填充型和Te置换型CoSb3方钴矿热电材料的高压制备和热电特性研究

论文摘要

热电材料是一种可以使热能和电能直接转化的功能材料。本论文中,我们重点研究了Ti填充型和Te置换型CoSb3方钴矿热电材料的高温高压制备,并结合压力和掺杂量对该材料体系热电性能的调制规律进行了研究。首先,我们在1.5GPa、900K的高温高压条件下,成功制备出一系列Te置换型热电材料:CoSb3-xTex（x=0,0.1,0.3,0.5）。XRD测试结果表明,高温高压制备的样品均为典型的CoSb3方钴矿晶体结构。SEM电镜照片表明制得的样品的晶粒十分细小且晶界明显。本文还对不同Te掺杂量的样品分别进行了电导率、Seebeck系数进行测试研究,对部分样品的热导率进行了测试。测试结果表明,随着Te掺杂量的增加,样品的电阻率逐渐降低,最后在Te的掺杂浓度为0.5时获得电阻率的最小值（0.85×10-3?cm）和功率因子的最大值（35.3μwcm-1K-2）。这表明高温高压方法制备的Te置换掺杂型CoSb3热电材料的功率因子显著提高。热导率测试结果表明,高压结合Te的置换掺杂,有效降低了样品的热导率。样品CoSb11.5Te0.5在710K时ZT值达0.67。最后,本文又进一步将上述体系的实验进行了复合掺杂,在不同的合成压力下制备了一系列Ti填充型热电材料:TixCo4Sb11.5Te0.5。高温高压合成的样品均为CoSb3方钴矿晶体结构,晶粒细小且晶界明显。室温下的Seebeck系数和电阻率的测试结果表明,所得样品均为N型半导体,并且样品的Seebeck系数和电阻率均随着合成压力的上升而升高。此外,我们又对Ti0.2Co4Sb11.5Te0.5样品在不同温度下的热电性能进行了测试,Seebeck系数绝对值的最大值约为233.71μVK-1,热导率的最低值达到了2.53Wm-1K-1,在720K时获得了最高ZT值为0.72。上述研究结果表明,高温高压合成手段可以有效的提高样品的热电性能,并且具有合成速度快、无污染等优势。

论文目录

  • 内容提要
  • 第一章 绪论
  • 1.1 概述
  • 1.1.1 热电材料的发展简史
  • 1.1.2 热电器件的工作原理
  • 1.2 与材料热电性能相关的几种固体理论因素
  • 1.3 不同种类热电材料研究的最新进展
  • 1.4 热电材料按结构组成分类
  • 1.5 论文选题和研究的目的
  • 1.6 内容和梗概
  • 第二章 热电材料的制备方法及高压制备基本技术
  • 2.1 热电材料常压下的主要制备方法
  • 2.1.1 方钴矿型热电材料的常压制备方法
  • 2.1.2 高温高压制备方钴矿热电材料的优点
  • 2.2 高压合成制备热电材料的技术方法
  • 2.2.1 六面顶高温高压合成装置
  • 2.2.2 高温高压合成的优点
  • 2.2.3 热电材料的高温高压合成技术
  • 第三章 热电材料的测量方法
  • 3.1 热电性能的主要测量参数
  • 3.2 电阻率的测试原理
  • 3.3 Seebeck 系数的测试原理
  • 3.4 高温热导率的测量技术
  • 3的高温高压制备和热电特性研究'>第四章 TE 置换掺杂型COSB3的高温高压制备和热电特性研究
  • 3 的高温高压合成'>4.1 COSB3的高温高压合成
  • 4Sb11-xTex的高温高压合成'>4.2 TE 置换型方钴矿化合物Co4Sb11-xTex的高温高压合成
  • 4.2.1 样品的制备
  • 4.2.2 样品晶体结构表征
  • 3-XTEX样品的热电特性'>4.3 高温高压制备的TE 置换掺杂型COSB3-XTEX样品的热电特性
  • 3-xTex 样品Seebeck 系数的影响'>4.3.1 Te 掺杂量对CoSb3-xTex 样品Seebeck 系数的影响
  • 3-xTex 样品电阻率的影响'>4.3.2 Te 掺杂量对CoSb3-xTex样品电阻率的影响
  • 3-xTex 样品功率因子的影响'>4.3.3 Te 掺杂量对CoSb3-xTex样品功率因子的影响
  • 3-xTex 样品热导率的影响'>4.3.4 Te 掺杂量对CoSb3-xTex样品热导率的影响
  • 3-xTex 样品的品质因子的影响'>4.3.5 Te 掺杂量对CoSb3-xTex样品的品质因子的影响
  • 小结
  • 3的复合填充'>第五章 高温高压下TI，TE 对COSB3的复合填充
  • 5.1. 样品的制备
  • 5.1.1 样品晶体结构表征
  • XCo4Sb11.5TE0.5 样品的热电特性'>5.2 高温高压制备的TIXCo4Sb11.5TE0.5样品的热电特性
  • 5.2.1 合成压力和Ti 填充量对样品Seebeck 系数的影响
  • 5.2.2 合成压力和Ti 填充量对样品电阻率的影响
  • 5.2.3 合成压力和Ti 填充量对样品功率因子的影响
  • 0.2Co4Sb11.5Te0.5 样品在不同温度下的热电性能.'>5.3 高温高压下合成的Ti0.2Co4Sb11.5Te0.5样品在不同温度下的热电性能.
  • 小结
  • 第六章 结论与展望
  • 参考文献
  • 发表的学术论文
  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT

    • 相关论文文献

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