论文部分内容阅读
热电材料是一种可以将散失的热能加以回收利用的功能材料，在新能源领域对热电材料的研究是很有意义的。传统的热电材料的热电优值都不够理想，导致热电材料的研究进展不大，近年来一些新型的热电材料的发现又引起了科研工作者的关注，其中典型的就是方钴矿材料， CoSb3 化合物做为方钴矿材料的一种，其 Seebeck 系数与电导率比同类型的方钴矿要高，但是不足的是其热导率也比较高，所以对降低其热导率的研究引起了科研工作者的广泛关注。 （1）本文首先研究了CoSb3化合物的制备工艺，采用了球磨-退火-SPS的方法来制备 CoSb3金属间化合物，对球磨中的球料比，球磨时间以及退火与烧结过程进行了探究。对比球料比为 10:1、20:1 球磨后样品的 XRD 衍射图谱，发现较大的球料比可以大大减小样品合金化的时间。在20:1的球料比下，球磨10h后就可以发现明显的 CoSb3 的衍射峰，球磨 40h 的时候，发现了 Sb、CoSb2、CoSb3的三种衍射峰，说明了机械合金化虽然可以得到 CoSb3化合物但是不能得到单一的 CoSb3化合物，球磨后的粉末在 650℃下退火后都转换成了单一的 CoSb3化合物，接着采用SPS烧结的工艺对样品进行烧结，得到了致密度较好的CoSb3金属间化合物。 （2）探究了CoSb3、Co3.5Ni0.5Sb11.5Te0.5化合物的热电性能。首先使用Material studio软件进行模拟，选用其中的Castep模块进行模拟实验，对Co3.5Ni0.5Sb11.5Te0.5化合物模型的能带、态密度同时进行了计算。结果表明Co3.5Ni0.5Sb11.5Te0.5化合物的带隙值相比于 CoSb3化合物变小，费米能级向着导带的方向平移，替代原子对基体总的态密度起到了一定作用，并且表明替代后的化合物将呈现 N型半导体的性质。其次通过球磨-退火-SPS的方法制备了CoSb3、Co3.5Ni0.5Sb11.5Te0.5化合物，测试了其300-800K温度区间的热电性能，结果表明Co3.5Ni0.5Sb11.5Te0.5化合物的功率因子在750K时达到了最大值1.94×10-3W·m-1·K-2，而其热导率在700K时仅为 2.8W·m-1·K-1，其热电优值 ZT 在 800K 时达到了 0.516，与本佂 CoSb3化合物相比，热电优值ZT提升了9.5倍。 （3）探究了填充、替代对 CoSb3化合物的热电性能的影响。对 In 原子填充的研究目前比较少，在 Ba 与 In 共同填充的 CoSb3化合物，其热电优值在 800K达到了1.0以上。探究了 In填充与Ni、Te替代对CoSb3化合物热电性能的影响，研究了In0.3Co4-xNixSb12-yTey化合物的热电优值，In0.3Co3.5Ni0.5Sb11.5Te0.5化合物的热电优值在 750K 取得了最大值，其 ZT 值为 0.62。探究了 Yb 填充与 Ni、Te 替代对CoSb3化合物热电性能影响的研究，在稀土Yb原子填充、Ni与 Te原子的替代下，Yb0.3Co4-xNixSb12-yTey化合物的电导率与Seebeck系数的绝对值都有了一定的增加，同时大大降低了化合物的热导率，总的效果有利于提高化合物的热电优值。Yb0.3Co3.5Ni0.5Sb11.5Te0.5化合物在750K时，其热电优值最大为0.75。