论文部分内容阅读
热电材料在全球能源可持续发展解决方案领域对于发电和制冷具有很好的吸引力,改善材料的热电性能要求研究者对如何获得材料的最佳性能参数有清楚的认识。GeTe合金作为一种p型窄禁带半导体显示出优良的电学性能,其电导率主要取决于GeTe晶格中Ge位提供的两个空穴载流子,这些载流子不仅使得GeTe合金具有良好的电导率,同样,Ge位空格也会降低其合金晶格热导率,这使得GeTe合金可以通过掺杂改善其热电性能的一种潜在热电材料。样品通过化学计量数称取并真空密封于石英玻璃管中,加热到1237K进行高温熔炼然后液氮淬火,将铸态合金研磨成粉进行球磨,得到细小粉末。测试样品采用放电等离子热压烧结方法制得,烧结温度823K,烧结时间5分钟,轴向压力为48MPa,脉冲峰值电流为675A。所获得的样品具有良好的机械性能,其密度可以达到6.2g/cm3。在GeTe合金中引入Ag元素可以析出Ag8GeTe6,形成(GeTe)1-x(Ag8GeTe6)x赝二元合金,其中x=0.02,0.05,0.08和0.11,其样品通过熔炼、球磨、放电等离子热压烧结方法制得。实验结果显示Ag8GeTe6的析出增加了GeTe合金在低温部分的电阻率,降低了其在高温条件下的电阻率,稳定了GeTe合金电阻率对温度的依赖性,Ag8GeTe6的析出还略微降低了Seebeck系数,但明显降低了其热导率,因而热电性能得到很大的改善,(GeTe)0.89(Ag8GeTe6)0.11的热电优值系数达到最大值,在673K时,ZT值为1.15。AgxBixGe1-xTe1+x合金是在GeTe中引入等量的Ag和Bi,这样一方面可以在GeTe上析出AgBiTe2相,另一方面,杂质原子会进入到GeTe中取代Ge原子,造成晶格畸变,引起晶格常数的变化,这都会导致材料热导率的降低,更为重要的是,晶格常数的变化很大程度上提高了材料的Seebeck系数,因而从本质上改善了材料的热电性能,其最大的Seebeck系数可以达到2.00×10-4V/K,最大优质系数在掺杂量为10%时达到了1.23。