LayTi0.1Ga0.1FexCo4-xSb12合金的组织结构与热电性能

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方钴矿具有较好的力学性能和热电性能是目前较有前景的中温热电材料。高性能的热电器件需要高性能的n型和p型方钴矿热电材料,目前p型方钴矿热电材料的ZT值和PF明显低于n型方钴矿的ZT值和PF。为了进一步提高p型方钴矿的热电性能,本文采用熔炼-甩带-热压烧结的方式制备多尺度结构的样品以降低晶格热导率,同时调节Fe的含量和La填充元素的含量以获得最优载流子浓度,进而提高材料的功率因子和热电性能。本文采用XRD和SEM等方法表征La0.8Ti0.1Ga0.1.1 Fex Co4-x-x Sb12和LayTi0.1Ga0.1Fe3.5Co0.5Sb12的组织结构,探究其变化规律;采用激光热导仪、电性能测试仪器等手段探究La0.8Ti0.1Ga0.1-Fex Co4-x-x Sb12和LayTi0.1Ga0.1Fe3.5.5 Co0.5Sb12的热电性能的变化规律和机制。研究表明,在La的填充量为0.8时,x=3.0时得到方钴矿纯相,当x≥3.3时出现Fe Sb2和Ga Sb第二相。随着x含量的增加电导率逐渐升高,塞贝克系数逐渐降低。在x=3.5时功率因子最大约为36.8 W cm-1K-2@773K。与x=3.0比较功率因子提升了23%,说明调节Fe的含量明显的优化了电性能。随着Fe取代Co含量的增加了晶格畸变,使晶格热导率随着x的增大逐渐降低。在x=3.5时ZT值最大为1.16@773K,ZTave为0.76。通过计算最大输出功率密度和转换效率发现在x=3.5时性能最优,在828K,ωmax=9.5W cm-2,η=11.6%。研究发现,在最优的Fe含量下,即x=3.5时调节La的填充量y≤0.8时出现Fe Sb2和GaSb第二相,y≥0.85得到方钴矿纯相,第二相随着y的增加逐渐消失。随着y值的增加电导率逐渐下降,塞贝克系数与之相反。在y=0.8,0.85时功率因子相当都为36.8 W cm-1K-2左右。晶格热导率随着y的增加变化不明显,y=0.85时ZTave最大为0.79。通过对不同La填充量的合金的最大输出功率密度和转换效率对比发现在y=0.85时性能最优,在828K下ωmax=10.2W cm-2,η=11.8%。综上在x=3.5,y=0.85时热电性能最优。
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