【摘 要】
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随着工业化加速,人类对能源的消耗也日益增加。人类广泛开发和利用不可再生能源,造成能源供给短缺,环境污染日趋加重。热电材料是利用材料内部载流子运动和Seebeck效应以及Peltier效应来实现能量转换的一种绿色环保功能材料,可以实现热能和电能的直接转换,能在余热回收和发电方面发挥出重要的作用。half-Heusler热电材料具有化学组成相对简单、不含有毒元素、元素丰度高,以及具有优异的热稳定性、机
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随着工业化加速,人类对能源的消耗也日益增加。人类广泛开发和利用不可再生能源,造成能源供给短缺,环境污染日趋加重。热电材料是利用材料内部载流子运动和Seebeck效应以及Peltier效应来实现能量转换的一种绿色环保功能材料,可以实现热能和电能的直接转换,能在余热回收和发电方面发挥出重要的作用。half-Heusler热电材料具有化学组成相对简单、不含有毒元素、元素丰度高,以及具有优异的热稳定性、机械性能和热电性能等优点,被大量学者认为是目前最有希望大规模商用的中高温热电材料之一。本文通过球磨-微波合成-淬火-退火-SPS烧结的方法制备Ti Ni Sn基热电材料,并对比研究了引入Zr O2、过量的Ni和Sb掺杂对Ti Ni Sn热电输运性能的影响。并且对于该材料,采取XRD、FESEM、EDS分别进行物像分析、微观表征以及元素分析,并结合电阻率、Seebeck系数和热导率等对样品的热电性能进行分析和评估。（1）在Ti Ni Sn基体中,研究了引入纳米颗粒Zr O2对Ti Ni Sn材料热电性能的影响。结果表明:所有样品主相依旧是半赫斯勒化合物,并且其元素分布均匀,无元素富集区域;Ti Ni Sn-5 vol%Zr O2样品的电阻率下降最明显,并且在873K时仅为4.4μΩm,同时Seebeck系数也有所降低,其中最大赛贝克系数为Ti Ni Sn-3vol%Zr O2,即-93.62μVK-1;在所有样品中,Ti Ni Sn-3 vol%Zr O2的功率因子最高为1400μWm-1K-2,较文献中纯样(1150μWm-1K-2),功率因子提高了22%。（2）在Ti Ni Sn基体中,研究了过量Ni元素对Ti Ni Sn材料热电性能的影响。结果表明:所有样品主峰都是Ti Ni Sn,其中Ti Ni1.025Sn样品不含任何Full-Heusler;而在Ti Ni1.045Sn,Ti Ni1.065Sn样品中发现少量Full-Heusler。Ti Ni1.065Sn样品电阻率下降较多,在室温到873 K温度区间内,样品电阻率均低于6μΩm,与文献中纯样相比降低约75%,同时过量Ni元素的引入对赛贝克系数影响较小;样品中Ti Ni1.025Sn功率因子最高为2560μWm-1K-2,相较文献中纯样,提高了2.2倍。引入过量Ni元素后样品热导率有所增加,Ti Ni1.025Sn样品的热导率最低为2.84Wm-1K-1。在所有样品中,Ti Ni1.025Sn的ZT值最大为0.37,较文献中纯样ZT值（0.31）相比,ZT值提高了19%。（3）在Ti Ni Sn基体中,研究了掺杂Sb元素对Ti Ni Sn材料热电性能的影响。结果表明:所有样品主相均是Ti Ni Sn,未发现杂质衍射峰;在室温到873 K温度范围内,所有样品电阻率都低于5.5μΩm,其中样品Ti Ni Sn0.955Sb0.045电阻率最低值仅为2.2μΩm,同时样品Ti Ni Sn0.985Sb0.015Seebeck系数保持在相对高位置,即为-134.6μVK-1;在所有样品中,Ti Ni Sn0.965Sb0.035功率因子最大为3125.9μWm-1K-2,Ti Ni Sn0.955Sb0.045热导率最低为4.2Wm-1K-1;其ZT值最大为0.57,与文献中纯样相比,提高了84%。
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