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本论文系统研究了TiCoSb基half-Heusler化合物的制备,以及n型、p型掺杂和等电子合金对TiCoSb化合物中高温热电性能的影响,并用“简单现象模型”分析了等电子合金产生的缺陷声子散射对降低晶格热导率的作用,预测了高性能TiCoSb基热电材料的优化组成。用熔融法合成了p型掺杂的TiFexCo1-xSb和TiCoGexSb1-x等化合物。掺杂原子比基体原子的价电子数少,提供了空穴,适当的p型掺杂使化合物由n型传导转变为p型传导,Seebeck系数由负变正,热导率因掺杂元素的不同也有不同程度的减小,TiCoGexSb1-x的热电优值(ZT)有所提高。
本文用“简单现象模型”解释了等电子合金使化合物的热导率降低的主要原因是由于掺杂原子与基体原子之间的尺寸和质量差异引起的应力场涨落和质量涨落缺陷强烈地散射声子所致。用“简单现象模型”估算了复合等电子合金Ti0.5Zr0.5Co0.5Rh0.5Sb的热导率在1W/mK左右,这与诸如Bi2Te3,PbTe等热电材料的热导率相当。