β-FeSi2基热电材料的制备与性能研究

论文摘要

热电材料是一类能直接实现热电转换功能的材料,无需机械部件,无噪音,节约能源,因此受到人们的关注。而β-FeSi2是一种非常有应用前景的热电材料,其特点是具有比较高的赛贝克系数,来源广泛,价格低廉,高温抗氧化性好,无毒以及高的工作温度。采用机械合金化方法制备了β-FeSi2基热电材料,通过XRD、热电性能测试等手段研究探讨了比较理想的制备工艺参数,研究了β-FeSi2基热电材料的电学性能和相结构,分析讨论了进一步提高β-FeSi2基合金热电性能的可能性;介绍了热电器件及其性能参数,构建了热电转换器件的基本单元。经分析得出优化的制备工艺为:当球料比为15/1,球磨机转速为365r/min时,经50h球磨的粉末在890℃退火15h后可完全生成β-FeSi2。对于提高β-FeSi2基材料热电性能的研究表明:掺杂能有效提高β-FeSi2基合金的热电性能;Co是较好的n型掺杂剂,最佳掺杂浓度为1at.%;Mn是较好的p型掺杂剂,最佳掺杂浓度为2.67at.%,但掺杂效果略差于Co;Al也是p型掺杂剂,但其掺杂效果比Mn差,Al的最佳掺杂浓度为1.64at.%;在掺杂浓度最佳的掺Co样品中加入2mass%Er2O3能进一步提高材料的热电性能。根据热电效应原理,选取掺杂浓度最佳的掺Co样品和掺Mn样品,分别构建了温差发电器件单元和热电制冷器件单元,并取得以下初步结果:在给定温差和电流条件下分别得到温差发电电流为24μA,热电制冷可降低温度16℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 热电材料的研究进展
• 1.2.1 实用阶段的热电材料
• 1.2.2 新型热电材料
• 2 基热电材料的基本特性'>1.3 β-FeSi₂基热电材料的基本特性
• 2 的晶体学性质'>1.3.1 β-FeSi₂的晶体学性质
• 2 的电子结构'>1.3.2 β-FeSi₂的电子结构
• 2 热电性能的改善'>1.3.3 β-FeSi₂热电性能的改善
• 1.4 机械合金化技术及其发展
• 2 热电材料的研究现状'>1.5 机械合金化法制备β-FeSi₂热电材料的研究现状
• 1.6 本文的研究目的与内容
• 第二章 实验内容和制备方法
• 2.1 实验步骤
• 2.2 材料的制备
• 2.3 样品的检测分析
• 2.3.1 样品的结构分析
• 2.3.2 样品的热电性能分析
• 2.3.3 热电转换器件单元的构建
• 第三章 β-FeSi2基热电材料的机械合金化制备与相结构分析
• 3.1 球磨工艺参数对合金化的影响
• 3.1.1 球磨机转速对合金化的影响
• 3.1.2 球料比对合金化的影响
• 3.1.3 球磨时间对合金化的影响
• 3.1.4 其他因素对合金化的影响
• 3.2 烧结工艺参数对合金化的影响
• 3.3 样品的表面形貌分析
• 3.4 样品的密度测量
• 3.5 本章小结
• 2基材料的热电性能分析'>第四章 β-FeSi₂基材料的热电性能分析
• 2 材料的热电特性'>4.1 β-FeSi₂材料的热电特性
• 2 基材料的热电特性'>4.2 掺CO 的β-FeSi₂基材料的热电特性
• 2 基材料的热电特性'>4.3 掺MN 的β-FeSi₂基材料的热电特性
• 2 基材料的热电特性'>4.4 掺AL 的β-FeSi₂基材料的热电特性
• 2O₃的FE_0.97Co_0.03SI₂ 材料的热电特性'>4.5 掺ER₂O₃的FE_0.97Co_0.03SI₂材料的热电特性
• 4.5.1 稀土氧化物掺杂的简介
• 2O₃掺杂Fe_0.97Co_0.03Si₂ 样品的热电性能'>4.5.2 Er₂O₃掺杂Fe_0.97Co_0.03Si₂样品的热电性能
• 4.6 本章小结
• 第五章 热电转换器件
• 5.1 热电器件的工作原理和性能参数
• 5.1.1 赛贝克效应及其应用
• 5.1.1.1 赛贝克效应
• 5.1.1.2 温差发电器的性能参数
• 5.1.2 珀尔帖效应及其应用
• 5.1.2.1 珀尔帖效应
• 5.1.2.2 制冷器的性能参数
• 5.2 热电转换基本单元的构建
• 5.2.1 温差发电的热电转换单元的构建
• 5.2.2 热电制冷的热电转换单元的构建
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 在学期间主要参加的科研项目