高压烧结同质纳米复合方钴矿材料的热电及力学性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zoufan20007
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热电材料是一种能实现热能和电能相互转换的功能材料,Skutterudite材料是其中的一种,它具备优良的电性能,包括较高的载流子浓度和不错的Seebeck系数;虽然其热导率相对其他热电材料较高,但由于它特殊的晶体结构,可以通过掺杂、填充和纳米复合等途径显著降低晶格热导率,因此Skutterudite材料是当前热电家族中最具有发展前景的热电材料之一。另外,热电材料在服役过程中会受到热应力的作用,所以热电材料的力学性能也越来越受到关注。  本文采用固相反应合成了微米级化合物Co4Sb11.5Te0.5,然后使用高能球磨技术得到晶粒尺寸约为30nm的纳米级化合物Co4Sb11.5Te0.5,最后通过高压烧结制备了同质纳米复合材料Co4Sb11.5Te0.5+x wt%Nano-Co4Sb11.5Te0.5(x=0,10,20,40)。并且对同质纳米复合材料Co4Sb11.5Te0.5的制备工艺、微观结构、热电性能以及力学性能进行了研究。研究结果表明:  1)高压烧结所制备的同质纳米复合材料不仅物相较纯、致密度较高,而且材料中的纳米颗粒在烧结之后晶粒没有长大。  2)所有通过高压烧结所制备的材料,材料的电输运性能在低温时较差,而在高温时较好;由于高压烧结抑制了材料中晶粒的长大,使得同质纳米复合材料的热导率较低。随着纳米复合分数的提高,材料的热电性能逐渐提高,800K时,纳米复合分数40%的材料获得最大ZT值1.37,相对于基体材料,即复合分数为0%的材料热电性能提高了58%。  3)在室温下,随着纳米复合分数的提高,材料的弯曲模量和压缩模量变化不大;但由于同质纳米复合分数的提高,使得材料中的纳米颗粒发生团聚、分布不均匀的可能性增加,导致材料的弯曲强度和压缩强度都有所下降,其中纳米复合分数40%的材料,相对于基体材料,弯曲强度降低了49%,压缩强度降低了21%。
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