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Ti填充型和Te置换型CoSb_3方钴矿热电材料的高压制备和热电特性研究

作　者: 邓乐
导　师: 马红安；贾晓鹏
学　校: 吉林大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 方钴矿类热电材料高温高压 CoSb3
分类号: TB34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 52次
引　用: 1次
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内容摘要

热电材料是一种可以使热能和电能直接转化的功能材料。本论文中,我们重点研究了Ti填充型和Te置换型CoSb3方钴矿热电材料的高温高压制备,并结合压力和掺杂量对该材料体系热电性能的调制规律进行了研究。首先,我们在1.5GPa、900K的高温高压条件下,成功制备出一系列Te置换型热电材料:CoSb3-xTex(x=0,0.1,0.3,0.5)。XRD测试结果表明,高温高压制备的样品均为典型的CoSb3方钴矿晶体结构。SEM电镜照片表明制得的样品的晶粒十分细小且晶界明显。本文还对不同Te掺杂量的样品分别进行了电导率、Seebeck系数进行测试研究,对部分样品的热导率进行了测试。测试结果表明,随着Te掺杂量的增加,样品的电阻率逐渐降低,最后在Te的掺杂浓度为0.5时获得电阻率的最小值(0.85×10-3?cm)和功率因子的最大值(35.3μwcm-1K-2)。这表明高温高压方法制备的Te置换掺杂型CoSb3热电材料的功率因子显著提高。热导率测试结果表明,高压结合Te的置换掺杂,有效降低了样品的热导率。样品CoSb11.5Te0.5在710K时ZT值达0.67。最后,本文又进一步将上述体系的实验进行了复合掺杂,在不同的合成压力下制备了一系列Ti填充型热电材料:TixCo4Sb11.5Te0.5。高温高压合成的样品均为CoSb3方钴矿晶体结构,晶粒细小且晶界明显。室温下的Seebeck系数和电阻率的测试结果表明,所得样品均为N型半导体,并且样品的Seebeck系数和电阻率均随着合成压力的上升而升高。此外,我们又对Ti0.2Co4Sb11.5Te0.5样品在不同温度下的热电性能进行了测试,Seebeck系数绝对值的最大值约为233.71μVK-1,热导率的最低值达到了2.53Wm-1K-1,在720K时获得了最高ZT值为0.72。上述研究结果表明,高温高压合成手段可以有效的提高样品的热电性能,并且具有合成速度快、无污染等优势。

全文目录

内容提要  4-7
第一章绪论  7-25
  1.1 概述  7-15
    1.1.1 热电材料的发展简史  8-12
    1.1.2 热电器件的工作原理  12-15
  1.2 与材料热电性能相关的几种固体理论因素  15-17
  1.3 不同种类热电材料研究的最新进展  17-18
  1.4 热电材料按结构组成分类  18-22
  1.5 论文选题和研究的目的  22-23
  1.6 内容和梗概  23-25
第二章热电材料的制备方法及高压制备基本技术  25-31
  2.1 热电材料常压下的主要制备方法  25-27
    2.1.1 方钴矿型热电材料的常压制备方法  25-26
    2.1.2 高温高压制备方钴矿热电材料的优点  26-27
  2.2 高压合成制备热电材料的技术方法  27-31
    2.2.1 六面顶高温高压合成装置  27
    2.2.2 高温高压合成的优点  27-28
    2.2.3 热电材料的高温高压合成技术  28-31
第三章热电材料的测量方法  31-35
  3.1 热电性能的主要测量参数  31
  3.2 电阻率的测试原理  31-32
  3.3 Seebeck 系数的测试原理  32-33
  3.4 高温热导率的测量技术  33-35
第四章 TE 置换掺杂型COSB_3的高温高压制备和热电特性研究  35-45
  4.1 COSB_3 的高温高压合成  35-36
  4.2 TE 置换型方钴矿化合物Co_4Sb_(11-x)Te_x的高温高压合成  36-38
    4.2.1 样品的制备  36
    4.2.2 样品晶体结构表征  36-38
  4.3 高温高压制备的TE 置换掺杂型COSB_(3-X)TE_X样品的热电特性  38-44
    4.3.1 Te 掺杂量对CoSb_(3-x)Te_x 样品Seebeck 系数的影响  38-39
    4.3.2 Te 掺杂量对CoSb_(3-x)Te_x 样品电阻率的影响  39-40
    4.3.3 Te 掺杂量对CoSb_(3-x)Te_x 样品功率因子的影响  40-41
    4.3.4 Te 掺杂量对CoSb_(3-x)Te_x 样品热导率的影响  41-42
    4.3.5 Te 掺杂量对CoSb_(3-x)Te_x 样品的品质因子的影响  42-44
  小结  44-45
第五章高温高压下TI，TE 对COSB_3的复合填充  45-57
  5.1. 样品的制备  46-48
    5.1.1 样品晶体结构表征  46-48
  5.2 高温高压制备的TI_XCo_4Sb_(11.5)TE_(0.5) 样品的热电特性  48-51
    5.2.1 合成压力和Ti 填充量对样品Seebeck 系数的影响  48-49
    5.2.2 合成压力和Ti 填充量对样品电阻率的影响  49-50
    5.2.3 合成压力和Ti 填充量对样品功率因子的影响  50-51
  5.3 高温高压下合成的Ti_(0.2)Co_4Sb_(11.5)Te_(0.5) 样品在不同温度下的热电性能.  51-56
  小结  56-57
第六章结论与展望  57-59
参考文献  59-69
发表的学术论文  69-70
致谢  70-71
中文摘要  71-74
ABSTRACT  74-77

Ti填充型和Te置换型CoSb_3方钴矿热电材料的高压制备和热电特性研究

内容摘要

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