【摘 要】
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Half-Heuslers(HH)热电材料热稳定性好、机械强度高,有望在中高温发电领域得到应用。HH材料的带隙取决于原胞中总价电子数,通常研究的热电材料为18价电子数材料,但NbCoSb和VCoSb为新发现的19价电子热电材料,在未掺杂时就具有可观的热电性能。但是HH材料相对高的热导率阻碍了热电性能的提升。本文通过调整化学计量比或掺杂研究了MCoSb(M=Nb,V)的热电性能,并用粉末烧结-热压方
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Half-Heuslers(HH)热电材料热稳定性好、机械强度高,有望在中高温发电领域得到应用。HH材料的带隙取决于原胞中总价电子数,通常研究的热电材料为18价电子数材料,但NbCoSb和VCoSb为新发现的19价电子热电材料,在未掺杂时就具有可观的热电性能。但是HH材料相对高的热导率阻碍了热电性能的提升。本文通过调整化学计量比或掺杂研究了MCoSb(M=Nb,V)的热电性能,并用粉末烧结-热压方法合成了新19价电子热电材料TaCoSb。结果表明在NbCoSb中加入过量Co后会出现Nb-Co相,原来的Nb3Sb消失。由于本征Nb空位浓度和第二相的作用,过量Co明显降低载流子的浓度和迁移率,降低材料的功率因子和电子热导,使得NbCo1.3Sb在973 K时的ZT值略有提升,为0.46。减少VCoSb中的V含量没有形成V空位,但形成了CoSb第二相。CoSb与VCoSb之间形成金属-半导体界面势垒,在高温区抑制了双极效应,提升了功率因子;CoSb还降低了电子热导率,使得V0.9CoSb的ZT值在873 K达到0.6。在VCoSb中用Sn置换Sb能够降低载流子浓度,在Co位引入Fe、Ni没有明显降低热导率,电导率和Seebeck系数变化也不明显,ZT值仅有轻微的提升。采用粉末烧结-球磨-热压工艺合成的TaCoSb中含有第二相Ta3Sb,具有一定的热电性能,用Sn取代Sb可以降低材料的热导率,但电导率也会下降,TaCoSb的ZT值973 K仅为0.18。
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