论文部分内容阅读
摘 要 热电材料是利用热电效应将热能和电能直接相互转换的功能材料。热电效应分为电流引起的热效应和温差引起的电效应，基于热电效应的热电转换装置没有机械传动部件、运行安静、清洁无环境污染。热电材料是能源新技术领域的一种重要材料。 本文以可在中温区使用的方钴矿(Skutterudite)结构的热电材料 CoSb3 及CoSb3 基热电材料 LayNixCo4-xSb12 为研究对象，采用高能球磨、放电等离子烧结(SPS)、X 射线衍射、电参数测试仪(ZEM-2) 、激光热导仪等先进手段，分别对材料制备工艺、组织结构和热电性能进行了研究。 首先，系统研究了制备工艺对 CoSb3合成及其热电性能的影响。在得到最佳球料比 20:1 和较好的球磨时间 5 小时后，利用此球料比和球磨时间，得出较佳烧结温度为 873K。二次球磨的实验证明，对材料的合成与晶粒细化分成两步实现不会提高热电性能，即二次球磨没有必要。 其次，利用优化后的制备工艺制备了稀土添加的 LaxCo4Sb12化合物，并系统研究其热电性能。其中 La 添加量 x 分别为 x=0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，1.0。实验表明，La 的适量添加能降低电阻率和热导率。当 La 添加量 x=0.9，La0.9 Co4Sb12化合物在测试温度 T=773K 时具有最大的热电性能优值 ZTMAX=0.343。 最后，在 LaxCo4Sb12化合物当 La 添加量 x=0.9 时取得最优热电性能的基础上，制备了 Ni 置换的 La0.9NixCo4-xSb12化合物并系统研究其热电性能，其中 Ni添加量 x 分别为 x＝0.05，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0。实验表明，经 Ni 置换的La0.9NixCo4-xSb12 化合物全部表现为 n 型热电材料；Ni 的适量加入能进一步降低电阻率和热导率，达到优化热电性能目的。成份为 La0.9Ni0.4Co3.6Sb12的化合物具有最大的热电性能优值 ZT，在测试温度 T=773K 时，达到最大值 0.456。 经过对 CoSb3及 CoSb3基热电材料 LayNixCo4-xSb12的逐渐深入的系统研究，得到一系列较佳的工艺参数。由这些参数进行的稀土 La 填充和 Ni 的置换，逐渐优化材料成分，提高材料热电性能，为后续的研究奠定了良好基础。