AgPb-,m-SbTe-,2+m-類化合物的制備與熱電性能.pdf

1、理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究都表明，結(jié)構(gòu)低維化和納米化可以大幅度地提高材料的熱電性能，AgPbmSbTe2+m族化合物代表了一類包含納米第二相的復(fù)合材料，具有潛在的高熱電性能而在熱電材料研究領(lǐng)域受到了極大的關(guān)注。已有的研究結(jié)果表明，這類化合物的高熱電性能可能與富含AgSb的納米第二相有關(guān)，這類化合物的熱電性能對(duì)制備工藝和組成的微小變化十分敏感。因此，研究這類化合物組成、制備工藝對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和熱電傳輸性能的影響規(guī)律顯得尤為重要。本論文主要討論了不同制

2、備工藝以及偏離化學(xué)計(jì)量比對(duì)材料相組成和熱電性能的影響規(guī)律，同時(shí)探索了采用Ga和In取代Sb制備具有類似結(jié)構(gòu)高性能熱電材料的可行性。主要工作和結(jié)果如下： 采用熔融法制備了AgPbmSbTe2+m(m=4，6，10，12，23，48，99，199)化合物，研究了AgSb摻雜量對(duì)化合物結(jié)構(gòu)和熱電傳輸性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，AgSb的摻雜顯著影響了PbTe化合物的微觀結(jié)構(gòu)和電熱輸運(yùn)特性，一定量的AgSb摻雜有助于提高PbTe材料的熱電

3、性能。AgSb摻雜后，樣品中出現(xiàn)了明顯的成分偏析，形成了富Pb相和富AgSb相調(diào)幅變化的結(jié)構(gòu)。隨著AgSb含量的逐漸增加，n型化合物電導(dǎo)率和功率因子均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，Seebeck系數(shù)絕對(duì)值先增加后降低，化合物的熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率大幅降低，m值在10～23之間的樣品具有最佳的熱電性能。在所有樣品中，AgPb23SbTe25化合物常溫下具有最大的ZT值。 研究了不同的熔體冷卻速率對(duì)AgPb18SbTe20化合物結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響

4、規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上探索了粉末冶金工藝制備單相高性能AgPbmSbTe2+m化合物的可行性。研究表明，冷卻速率越大，化合物成分偏析越嚴(yán)重，淬火樣品中，作為第二相而存在的AgSb使化合物熱電性能降低。采用熔融-淬火-退火-SPS燒結(jié)工藝制備了AgPbmSbTe2+m(m=18，10，6)樣品，m為10和18時(shí)，淬火樣品經(jīng)過(guò)450℃退火40h及SPS燒結(jié)后可得到基本為單相的化合物，兩者電導(dǎo)率和Seebeck系數(shù)相近，且?guī)缀醪浑S溫度而改變，由于

5、后者具有更低的熱導(dǎo)率，在800K時(shí)具有最大ZT值0.90。 研究了Ag、Pb、Sb偏離化學(xué)計(jì)量比對(duì)AgPb18SbTe20樣品熱電傳輸特性的影響規(guī)律。采用熔融-淬火-SPS燒結(jié)工藝制備了Ag含量偏離化學(xué)計(jì)量比的Ag1-xPb18SbTe20(x=0～0.75)樣品，研究表明，當(dāng)Ag含量下降時(shí)，部分Sb以第二相Sb2Te3存在，樣品的載流子濃度增加，當(dāng)Ag含量低于0.5后，樣品載流子濃度增加到5×1018cm-3左右后不再增加，樣

6、品熱導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率隨Ag含量的降低而增加，Ag0.25Pb18SbTe20樣品在520K時(shí)具有最大的ZT值0.5：采用熔融緩冷法制備了Pb、Sb過(guò)量的AgPb18+xSbTe20和AgPb18Sb1+xTe20樣品，結(jié)果表明，Pb含量增加時(shí)，Te優(yōu)先和Pb結(jié)合而使PbTe基體中固溶的AgSb含量降低，多余Ag和Sb以單質(zhì)或二元化合物形式存在。Pb含量超過(guò)化學(xué)計(jì)量比1％時(shí)有助于提高材料電性能，而Sb高于化學(xué)計(jì)量比使樣品的電性能下降。

7、 采用熔融緩冷法制備了(AgIn/Ga)xPb1-2xTe化合物，探索了AgIn和AgGa共同摻雜時(shí)對(duì)PbTe化合物相組成和熱電性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，AgInTe2在PbTe中的最大固溶度為4％，而AgInGa2在PbTe中的固溶濃度低于1％。AgIn含量增大時(shí)，樣品載流子濃度基本保持不變，而遷移率和電導(dǎo)率降低，樣品均為n型傳導(dǎo)，Seebeck系數(shù)的絕對(duì)值隨AgIn含量的增加而增大，樣品熱導(dǎo)率隨AgIn含量的增加而顯著降低。Ag