強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)β-Zn4Sb3塊體材料微觀組織與熱電性能的影響.pdf

1、β-Zn4Sb3是一種極具應(yīng)用前景的中溫?zé)犭姴牧?，相比于現(xiàn)役的中溫?zé)犭姴牧螾bTe而言，β-Zn4Sb3具有無(wú)毒性，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，由于β-Zn4Sb3材料具有極低的熱導(dǎo)率因此其熱電性能較好。目前而言，尋找一種能夠有效地提高β-Zn4Sb3熱電性能的方法仍是研究的熱點(diǎn)。強(qiáng)磁場(chǎng)能夠通過(guò)磁化力，洛倫茲力以及磁力矩改變材料的微觀組織。因此，強(qiáng)磁場(chǎng)的施加有望顯著影響材料的熱電性能。所以本文通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)下熔融緩冷的方法制備了β-Zn4S

2、b3塊體材料，探究了強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)β-Zn4Sb3微觀組織與熱電性能的影響。
　　本文測(cè)試了β-Zn4Sb3材料的熱電性能（Seebeck系數(shù)，電阻率，熱導(dǎo)率，載流子濃度以及載流子遷移率），并通過(guò)XRD、SEM-EDS以及HR-TEM檢測(cè)對(duì)所制備的塊體材料的相組成和微觀組織進(jìn)行了分析。此外，通過(guò)DSC和Rietveld精修考察了強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)β-Zn4Sb3晶體結(jié)構(gòu)中Zn空位的影響。主要得到以下結(jié)論:
　　(1)強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)β-Zn4Sb3

3、材料熱電性能的影響:強(qiáng)磁場(chǎng)下制備的樣品具有較低的電阻率、Seebeck系數(shù)和熱導(dǎo)率以及較高的載流子濃度。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=8.8T時(shí)，樣品在673 K達(dá)到最大的ZT值（ZTmax=0.97）。相比于無(wú)磁場(chǎng)條件下制備的樣品(ZTmax=0.88)，強(qiáng)磁場(chǎng)可以使得樣品的最大ZT值提高10％。
　　(2)強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)β-Zn4Sb3材料微觀組織的影響:無(wú)磁場(chǎng)條件下制備的樣品存在彌散分布的納米空洞。當(dāng)施加磁場(chǎng)時(shí)，材料中的納米空洞消失。不僅如此

4、，在晶界和晶粒內(nèi)部分別析出了富Zn和富Sb的納米顆粒。該富Zn納米顆粒的析出導(dǎo)致晶粒內(nèi)部Zn缺乏，DSC和Rietveld精修結(jié)果表明強(qiáng)磁場(chǎng)的施加導(dǎo)致材料晶體結(jié)構(gòu)中的Zn空位增多。
　　(3)β-Zn4Sb3材料微觀組織與熱電性能的聯(lián)系:對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)下制備的樣品而言，由于富Zn納米顆粒在晶界處析出導(dǎo)致晶界處的載流子濃度明顯高于晶粒內(nèi)部的載流子濃度。所以載流子會(huì)從晶界處向晶粒內(nèi)部進(jìn)行注入，從而造成材料載流子濃度的升高，此外，由于Zn空