微量第二相和固溶對(duì)YbAl3熱電性能的影響.pdf

1、熱電材料是一種能實(shí)現(xiàn)熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的新型功能材料，可以預(yù)測(cè)它在未來(lái)的可持續(xù)能源發(fā)展中必將扮演重要的角色。YbAl3作為低溫下電學(xué)性能最優(yōu)秀的熱電材料，在100K時(shí)功率因子高達(dá)34000μW?m-1?K-2，但是該材料晶體結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單（AuCu3結(jié)構(gòu)），使其缺乏有效的聲子散射機(jī)制，室溫時(shí)高達(dá)20W?m-1?K-1的熱導(dǎo)率導(dǎo)致了其熱電轉(zhuǎn)換效率的低下——純YbAl3的ZT值不到0.18。本論文通過(guò)制備工藝、復(fù)合體系以及固溶體系的研究，有效

2、地優(yōu)化了材料的性能，得到較好的綜合性能。
　　樣品制備采用了高頻感應(yīng)熔煉-壓片退火-放電等離子體燒結(jié)（SPS）的工藝流程。按照化學(xué)計(jì)量比稱(chēng)取原材料并密封于真空石英管中，用高頻感應(yīng)熔煉的方法使其轉(zhuǎn)變?yōu)橹虚g合金；用瑪瑙研缽將中間合金磨成均勻粉末后將其壓成Φ10×3mm3的圓片；圓片在真空條件下923K退火168小時(shí)使YbAl2充分轉(zhuǎn)變?yōu)閅bAl3；測(cè)試樣品的制備方法為 SPS燒結(jié)：將退火后的圓片進(jìn)行球磨，得到細(xì)小粉末，然后在973K、

3、50MPa的條件下SPS燒結(jié)5min。最終得到的樣品力學(xué)性能好、致密度高達(dá)97％以上。
　　在YbAl3中摻入Sb能夠析出Yb5Sb3相而形成(YbAl3)1-x(Yb5Sb3)x復(fù)合材料體系。取x=0.01,0.05,0.10,0.20配置樣品，采用上述工藝流程得到測(cè)試樣品。X-射線(xiàn)衍射圖譜表明復(fù)合體系成功形成，Sb原子沒(méi)有進(jìn)入YbAl3的晶格，第二相的尺寸在掃描電鏡下為微米級(jí)，Rietveld精修結(jié)果確定了各相的比例。第二相的

4、增加提高了材料的電阻率，同時(shí)晶界、相界的存在更優(yōu)化了材料的Seebeck系數(shù)和熱導(dǎo)率，使材料在x=0.05時(shí)ZT達(dá)到了0.23，相比于純YbAl3提高28%。
　　Sn元素能夠較大程度的固溶于YbAl3的晶格，造成晶格畸變、較大的殘留應(yīng)變、使原子無(wú)序度提高，而且Sn的摻入對(duì)材料的能帶結(jié)構(gòu)有很好的調(diào)整作用。X-射線(xiàn)衍射結(jié)果表明了固溶體的形成同時(shí)也表明了晶格常數(shù)的變化和殘留應(yīng)力的存在。形成的YbAl3-xSnx固溶體能夠在最大限度保持