Te-S-x摻雜型方鈷礦材料熱電性能及力學(xué)性能研究.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的新型功能材料。方鈷礦材料是一種性能優(yōu)越的中溫區(qū)塊體熱電材料，如何進一步提升方鈷礦材料熱電性能與力學(xué)強度已成為當(dāng)前該領(lǐng)域重要的研究熱點。本文圍繞改善方鈷礦材料電聲協(xié)同調(diào)控為目的，采用固相反應(yīng)結(jié)合放電等離子燒結(jié)技術(shù)合成了方鈷礦化合物CoSb2.79Te0.16Se0.05-xSx及CoSb2.79Te0.16P0.05-xSx(x=0,0.01,0.025,0.04,0.05)，系統(tǒng)研究了Te-

2、S e-S及Te-P-S兩種摻雜對其微觀結(jié)構(gòu)及電熱輸運特性的影響。另外，還以方鈷礦化合物CoSb2.79Te0.16S0.05作為基體材料，采用超聲分散及高能球磨技術(shù)使TiN納米顆粒彌散分布其中獲得復(fù)合方鈷礦熱電材料CoSb2.79Te0.16S0.05+xvol％ TiN(x=0.0,0.5,1.0)，系統(tǒng)研究了納米顆粒的引入對其微觀結(jié)構(gòu)及熱電性能的影響，并探索了材料在不同溫度條件下的力學(xué)性能演化規(guī)律。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：

3、　?。?）所有方鈷礦化合物 CoSb2.79Te0.16Se0.05-xSx及 CoSb2.79Te0.16P0.05-xSx(x=0,0.01,0.025,0.04,0.05)均為方鈷礦純相，其中化合物CoSb2.79Te0.16Se0.05-xSx化學(xué)成分均勻，表面厚度襯度一致，只有在樣品x=0-0.025中存在少量的雜質(zhì)相。而樣品 CoSb2.79Te0.16P0.05表面有比較明顯的缺陷，隨著 S元素的摻入，樣品表面缺陷明顯減少

4、。材料的電導(dǎo)率隨著溫度的升高而線性降低，賽貝克系數(shù)絕對值數(shù)隨著溫度的升高先升高而后由于本征激發(fā)作用略微下降。隨著元素 S摻雜量的增加，所有樣品功率因子略微降低的同時熱導(dǎo)率大幅度降低，表現(xiàn)出的ZT值也逐步提高。樣品CoSb2.79Te0.16S0.05在800K的溫度條件下取最低晶格熱導(dǎo)率為1.14 Wm-1K-1，最高熱電優(yōu)值ZT為1.25。
　?。?）對于微納復(fù)合方鈷礦材料CoSb2.79Te0.16S0.05+xvol% Ti

5、N(x=0.0,0.5,1.0)，均為晶內(nèi)-晶間混合型結(jié)構(gòu)特征，樣品內(nèi)部基本無空隙，致密度良好。隨著溫度的升高，所有樣品電導(dǎo)率降低而塞貝克系數(shù)絕對值增大。隨著 TiN納米顆粒體積分?jǐn)?shù)的增加，熱導(dǎo)率依次降低而熱電優(yōu)值基本保持不變。就力學(xué)性能而言，試樣的線膨脹系數(shù)隨著溫度的升高而升高，復(fù)合了 TiN納米顆粒的試樣在高溫下的線膨脹系數(shù)升高幅度明顯增大。所有試樣的彎曲強度、壓縮強度、斷裂韌性均隨著溫度的升高總體呈現(xiàn)降低的趨勢，常溫下試樣的彎曲強