CoSb-,3--SiO-,2-納米復(fù)合材料的制備與熱電性能研究.pdf

1、Skutterudit化合物由于表現(xiàn)出電子晶體一聲子玻璃的熱電傳輸行為而引起人們的極大關(guān)注。但其熱導(dǎo)率k較高，導(dǎo)致其熱電性能不高，因此如何降低熱導(dǎo)率，提高其熱電性能指數(shù)ZT值成為國內(nèi)外研究的熱點。 本論文通過固相反應(yīng)法和交叉共沉淀法合成了單相的微米、納米CoSb<,3>化合物，一部分采用械混合法引入非導(dǎo)電、低熱導(dǎo)的SiO<,2>納米第二相，得到CoSb<,3>/SiO<,2>.納米復(fù)合粉體；另一部分采用化學(xué)包覆法得到具有核殼結(jié)構(gòu)

2、的CoSb<,3>/SiO<,2>納米復(fù)合粉體，結(jié)合放電等離子體燒結(jié)技術(shù)(SPS)制備了致密的納米復(fù)合塊體熱電材料。系統(tǒng)研究了復(fù)合材料中SiO<,2>納米第二相的含量、分布對CoSb<,3>/SiO<,2>復(fù)合材料微結(jié)構(gòu)和熱電性能的影響規(guī)律，得到如下主要結(jié)論： 在機械混合法制備的CoSb<,3>/SiO<,2>納米復(fù)合材料中，第二相在CoSb<,3>基體材料中的分布狀態(tài)隨其含量的增加而改變，當(dāng)SiO<,2>含量較少時，分布較均勻

3、，含量越多團聚現(xiàn)象越明顯。塊體復(fù)合材料中SiO<,2>的非導(dǎo)電特性雖然引起了復(fù)合材料電導(dǎo)率某種程度的降低，但使Seebeck系數(shù)大幅度增加，基體為納米CoSb<,3>的復(fù)合材料的Seebeck系數(shù)增加幅度更大，在T=625 K時達到261μVK<'-1>；低熱導(dǎo)的SiO<,2>納米第二相產(chǎn)生的大量界面對聲子的散射及其本身的低熱導(dǎo)特性，使復(fù)合材料的熱導(dǎo)率大幅度降低，當(dāng)SiO<,2>含量為5％、T=800 K時熱導(dǎo)率為1.92Wm<'-1>

4、K<'-1>；在SiO<,2>含量為3％的微米CoSb<,3>/SiO<,2>復(fù)合材料中，當(dāng)T=700 K時，最大ZT值達0.19，與相同溫度下微米CoSb<,3>化合物的ZT值相比，ZT值提高了64％；在SiO<,2>含量為5％的納米CoSb<,3>/SiO<,2>復(fù)合材料中，當(dāng)T=700 K時，最大ZT值為0.30，與相同溫度下納米CoSb<,3>化合物的ZT值相比，ZT值提高了約118％。 在化學(xué)包覆法制備的微米CoSb<

5、,3>/SiO<,2>復(fù)合粉體中，包覆層主要集中在較細(xì)小的CoSb<,3>粒子表面。而在納米CoSb<,3>/SiO<,2>復(fù)合粉體中，采用在CoSb<,3>前驅(qū)體表面包覆后還原熱處理的實驗過程所得到復(fù)合粉體微結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于直接采用CoSb<,3>納米粉體進行化學(xué)包覆的實驗過程所得到的復(fù)合粉體，包覆層厚度隨SiO<,2>含量增加而增大，且厚度均勻。兩種復(fù)合粉體在經(jīng)過SPS燒結(jié)之后，SiO<,2>納米包覆層發(fā)生部分熔化而分布在基體材料晶粒周