n型Sb位摻雜CoSb3基材料的制備和熱電性能.pdf

1、CoSb3基熱電塊體材料是一種極具應(yīng)用前景的中溫?zé)犭姴牧?，其熱電性能的?yōu)化與提高是目前國(guó)際熱電材料科學(xué)的前沿課題。在CoSb3化合物中固溶Fe、Ni、Ru、Pd、Te、Sn等元素形成三元及三元以上合金固溶體，是提高熱電性能的一種有效方法。目前，Sb位CoSb3固溶體的研究主要集中在單元素固溶形成的三元合金固溶體，固溶元素包括Te、Se、Ge、Sn等，但固溶量較低，對(duì)熱電性能的改善有限。本文采用固相反應(yīng)和放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備出Sb位多元

2、素固溶CoSb3化合物，系統(tǒng)研究了Sb位多元素?fù)诫s對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)和熱電輸運(yùn)性能的影響，獲得了性能較優(yōu)的Te單摻雜，Ge、Te雙摻雜和Ge、Te、Se三摻雜的CoSb3基熱電塊體材料。
　　 Sb位Te單摻雜Co4Sb12-xTex(x=0.4，0.5，0.6，0.7)化合物的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的研究結(jié)果表明：相同工藝條件下，隨著Te摻雜量增加，試樣平均晶粒尺寸增加。載流子濃度，電導(dǎo)率均隨Te摻雜量增加而增加，300K時(shí)，試樣Co

3、4Sb11.3Te0.7獲得最大電導(dǎo)率16.29×104Sm-1。在650K到800K范圍內(nèi)，x=0.4～0.6三個(gè)試樣的功率因子均超過(guò)4.0×10-3Wm-1K-2，相對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道有較大提高。Te摻雜CoSb3基塊體材料的熱導(dǎo)率較純CoSb3有大幅度地降低，熱電性能優(yōu)值ZT均隨溫度升高而增加，試樣Co4Sb11.4Te0.6在800K時(shí)ZT值達(dá)到0.95。
　　 Sb位Ge、Te雙摻雜Co4SbxGe5.9-0.5xTe6.1-

4、0.5x(x=11，10，9，8，7，6)化合物的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的研究結(jié)果表明：Ge、Te雙摻雜大大提高了第四、六副族單元素在方鈷礦中的固溶度。晶胞參數(shù)隨摻雜量增加由9.0252A(x=11)幾乎線性地降至8.8995A(x=6)。隨摻雜量增加，試樣的導(dǎo)電特性由金屬導(dǎo)電特性向半導(dǎo)體導(dǎo)電特性轉(zhuǎn)變。所有試樣的熱導(dǎo)率隨溫度上升先減小后增大，其中Co4Sb8Ge1.9Te2.1在673K取得最小晶格熱導(dǎo)率(1.56Wm-1K-1)。試樣Co

5、4Sb11Ge0.4Te0.6取得最大ZT值，在773K時(shí)達(dá)到0.89。
　　 Sb位Ge、Te、Se三摻雜Co4Sb11Ge1-x-yTexSey(x=0.70，0.75，0.80，0.85，y=0；x=0.60，0.65，0.70，0.75，y=0.1)化合物的微觀結(jié)構(gòu)和熱電性能的研究結(jié)果表明：y=0組試樣的平均晶粒尺寸隨Te摻雜量x增加而增加；y=0.1組試樣的晶粒尺寸相對(duì)均勻，隨Te摻雜量增加，平均晶粒尺寸變化不明顯。兩

6、組試樣的電導(dǎo)率均隨著Te摻雜量增加而增加，且增加幅度隨Te摻雜量增加而減小。兩組試樣的熱導(dǎo)率均隨Te摻雜量的增加而增加，隨溫度的升高先下降后增加。Se摻雜大大降低了材料總的熱導(dǎo)率。相同Ge摻雜量時(shí)，y=0.1組試樣的熱導(dǎo)率較y=0組試樣的熱導(dǎo)率下降24％～28％(300K)和17％～20％(800K)。試樣Co4Sb11Ge0.2Te0.7Se0.1在775K時(shí)ZT達(dá)到0.99，比試樣Co4Sb11Ge0.2Te0.8相同溫度時(shí)的ZT值