摻雜FeSi基材料的制備及其熱電性能研究.pdf

1、熱電材料是一種環(huán)境友好型半導體功能材料，能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能相互之間直接轉(zhuǎn)換。β-FeSi2熱電材料具有高抗氧化性、材料來源豐富、價格低廉等優(yōu)點，是公認的非常有應(yīng)用前途的熱電材料，因此，對其的研究開發(fā)應(yīng)用有著重要的現(xiàn)實意義。本文采用機械合金化法制備摻雜Mn、Al、Cu、Ni的β-FeSi2熱電材料粉體，在對機械合金化產(chǎn)物進行冷壓成型后，采用真空熱處理工藝對樣品進行熱處理。利用SEM、XRD為主要分析手段對試樣的制備工藝進行系統(tǒng)的分析研究;

2、并對其熱電性能進行分析研究，從而獲得β-FeSi2基熱電材料的最佳制備工藝參數(shù)。
　　摻雜β-FeSi2最佳制備工藝研究結(jié)果表明:經(jīng)球磨轉(zhuǎn)速400r/min、球料比80∶1、球磨5h的機械合金化后，得β-FeSi2相、α-Fe2Si5相和ε-FeSi相的混合粉體。試驗表明:選擇250MPa的成型壓力，能夠較好的滿足材料的成型以及性能的要求。對于Mn、Al摻雜，摻雜量為0.01、0.02、0.04和0.06時，800℃熱處理可得到單

3、一β相，熱處理溫度升高至1100℃，只有0.01、0.02的摻雜量能夠得到單一β相;對于Cu的摻雜，摻雜量的適當提高可以促進β相的生成，摻雜量達到0.04、0.06時，能夠得到大量的β相，熱處理溫度的升高及熱處理時間的延長也有利于β相的生成;對于Ni的摻雜，800℃熱處理能獲得大量的β相，熱處理時間的延長有利于β相的生成，但熱處理溫度提高到1100℃時，只有0.04的摻雜能得到接近單一的β相。
　　熱電性能的結(jié)果表明:摻雜β-Fe

4、Si2試樣的Seebeck系數(shù)α隨著溫度T的升高而增大。 Mn、Al摻雜試樣的Seebeck系數(shù)α為正，表現(xiàn)為P型半導體特征;Mn摻雜的最佳制備工藝為:摻雜量為0.01、壓制壓力250MPa、1100℃1h-800℃1h熱處理，其Seebeck系數(shù)α在200℃時為348.67μV/K;Al摻雜的最佳制備工藝為:摻雜量為0.06、壓制壓力為250MPa、800℃2h熱處理，其Seebeck系數(shù)α在197℃時為235.14μV/K。由此可見

5、，對于P型β-FeSi2基材料，摻雜Mn的Seebeck系數(shù)優(yōu)于摻Al的Seebeck系數(shù)。Cu、Ni摻雜試樣的Seebeck系數(shù)α為負，表現(xiàn)為N型半導體特征。Cu摻雜的最佳制備工藝為:摻雜量為0.04、壓制壓力為250MPa、1100℃2h-800℃1h熱處理，其Seebeck系數(shù)α在364℃時為-324.11μV/K; Ni摻雜的最佳制備工藝為:摻雜量為0.02、800℃1h熱處理，Seebeck系數(shù)在255℃時為-84.36μV/