论文部分内容阅读
方钴矿是最具应用前景的中温热电材料之一,但目前方钴矿热电材料的研究大都集中于采用填充原子和结构低维化方法提高其热电性能,而对该材料的显微结构和热电性能在高温服役环境下的演变特征及规律却很少研究。本文采用真空熔融结合放电等离子烧结（SPS）和化学包覆法结合SPS技术分别制备n型Ba0.3In0.2NixCo4-xSb12（x=0～0.1,Δx=0.02）热电材料和SiO2/Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12（ΔR=1,5,10,20和40 nm）纳米复合材料,并系统研究了两种（Ba,In）双原子填充方钴矿基热电材料的结构和热电性能;在此基础上,重点研究了两种材料在450℃下周期性淬火和长期退火环境的服役行为。Ba0.3In0.2NixCo4-xSb12热电材料的热电性能研究表明:随x增大,电导率增加,Seebeck系数绝对值减小,热导率先降低后升高,x=0.05时单相材料的ZT值最大,800 K时达到1.14。SiO2/Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12纳米复合材料的热电性能研究表明:随SiO2包覆厚度增加,其电导率减小,Seebeck系数绝对值先减小后增大再减小,热导率降低,包覆厚度为1 nm时复合材料的ZT值基本无变化,但40 nm时800 K时的ZT值由未包覆的1.25减至0.67,减小了46.4%。Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12热电材料的服役行为研究表明:随淬火次数增加和退火时间延长显微结构的演变特征为Sb挥发、Ba原子析出并富集于晶界处、出现第二相和晶界相脱落破坏现象;热电性能随淬火次数增加的演变特征为电导率先减小后增大,Seebeck系数绝对值增大,热导率先降低后升高,淬火2000次后800 K时的ZT值由淬火前的1.19减至1.10,仅减小了0.09;随退火时间延长热电性能的演变特征为电导率先减小后增大再减小,Seebeck系数绝对值增大,热导率的演变规律有待研究,退火40天后800 K时的ZT值由退火前的1.22减至1.11,仅减小了0.11。SiO2包覆厚度为3 nm的SiO2/Ba0.3In0.2Ni0.05Co3.95Sb12纳米复合材料的服役行为研究表明:其显微结构和表面各元素的分布状态在淬火2000次和退火40天后均未见明显变化,SiO2包覆可显著提高材料的热稳定性;随淬火次数增加和退火时间延长,热电性能的演变特征为电导率减小,Seebeck系数绝对值增大,淬火时热导率先升高后降低再升高,退火时热导率的演变规律有待研究。淬火2000次后800 K时的ZT值由淬火前的1.08减至1.01,仅减小了0.07,但退火40天后ZT值由退火前的1.12减至0.87,减小了0.25。