硅鍺合金溫差電單偶的制備與尺寸參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、SiGe合金材料在高溫下由于化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高，因而適用于高溫?zé)犭姴牧现?，現(xiàn)已成功應(yīng)用于航天溫差發(fā)電器中。但是目前仍存在熱電優(yōu)值（即ZT值）偏低的問題，導(dǎo)致溫差發(fā)電轉(zhuǎn)化效率較低。本課題主要采用納米復(fù)合摻雜方法來提高SiGe合金材料ZT值。理想的納米復(fù)合摻雜技術(shù)是指向主相中摻入與主相電學(xué)性能相近的摻雜相，在保證材料具有較高電學(xué)性能的同時(shí)，由于彌散分布在主相中的納米摻雜相對聲子的輸運(yùn)過程產(chǎn)生非相干散射，從而降低合金導(dǎo)熱率，最終提高Si

2、Ge合金熱電材料的ZT值。
　　通過高溫熔煉和機(jī)械球磨分別制備Si95Ge5基質(zhì)和Si70Ge30B5摻雜相，按照摻雜比例（15％、25%、35%）將基質(zhì)和摻雜相混合均勻后，進(jìn)行等離子燒結(jié)制備P型SiGe熱電合金。對燒結(jié)塊體采用X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）手段進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)等離子燒結(jié)后塊體已形成具有金剛石結(jié)構(gòu)的SiGe合金，且組織均勻，致密度較高。熱電性能測試表明隨著 Si70Ge30B5摻雜量的增加，P型SiGe熱

3、電合金的導(dǎo)電率和塞貝克系數(shù)變化不大，而導(dǎo)熱系數(shù)卻大幅降低，當(dāng)Si70Ge30B5摻雜量為25%時(shí)，P型SiGe合金取得最大ZT值，且在溫度為710 K下為0.47。
　　以相同工藝流程制備 Si95Ge5為基質(zhì)、Si70Ge30P3為摻雜相（摻雜比例分別為15%、25%、35%）的N型SiGe合金，熱電性能測試表明隨著Si70Ge30P3摻雜量的增加，N型SiGe熱電合金的導(dǎo)電率和塞貝克系數(shù)變化不大，而導(dǎo)熱系數(shù)卻大幅降低，當(dāng)Si7

4、0Ge30P3摻雜量為35%時(shí)，N型SiGe合金取得最大ZT值，且在710 K下為0.58。
　　最后，采用摻雜Si70Ge30B5量為25%的P型SiGe合金和摻雜Si70Ge30P3量為35%的N型SiGe合金作為溫差電單偶的PN結(jié)，考慮熱電材料的變物性參數(shù)和接觸效應(yīng)的影響，通過 ANSYS有限元軟件模擬溫差電偶臂的尺寸參數(shù)對溫差電單偶的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的影響，得到結(jié)論：溫差電單偶的橫截面邊長為4.5 mm，臂長為2.5 m