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Mn，Pd，Re，Ag和Zn掺杂Bi-Sb合金低温热电性能研究

作　者: 许雯
导　师: 李来风
学　校: 中国科学院研究生院（理化技术研究所）
专　业: 凝聚态物理
关键词: 热电材料 Bi-Sb合金 热电性能
分类号: O482.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本论文研究了Bi85Sb15材料在80-300 K温区的热电性能,并深入研究了Sb位掺杂对材料热电性能的影响规律,以及不同的块体烧结方法对材料热电性能的影响规律。采用机械合金化（MA）方法制备Sb位掺杂的Bi85Sb15粉末样品,对于不同的掺杂元素分别采用无压烧结、高压烧结和放电等离子烧结（SPS）制备块状样品。采用X射线衍射试验（XRD）进行了材料物相组成的分析,采用扫描电子显微镜（SEM）进行了材料微观结构的表征,并测试了材料的低温电导率、Seebeck系数及热导率,研究了其低温热电性能。采用无压烧结方法制备了Mn, Pd和Re掺杂的Bi85Sb15合金。Mn掺杂的Bi85Sb15-xMnx（x=1, 3, 5）样品电传输性能均得到提高,掺杂量为x=1的材料热导率得到降低。Bi85Sb14Mn1合金的优值系数Z在170 K时为1.68×10-3 K-1,约为同温度下未掺杂样品优值系数的两倍。Pd掺杂样品中掺杂量为x=1的材料热电性能得到提高,随着掺杂量的增加,材料热电性能反而下降。掺杂Re的样品热导率得到降低,但总体来看,其热电性能未很好改善。采用高压烧结方法制备了Ag和Zn掺杂的Bi85Sb15合金。通过SEM照片看到,高压烧结的材料致密度有所增加。Ag, Zn掺杂后材料电传输性能普遍得以提高。其中Bi85Sb14Ag1合金的功率因子在270 K时达到最大值2.99×10-3 W/m?K2,约为同温度下未掺杂样品Bi85Sb15功率因子的三倍。与同为掺杂Ag元素的无压烧结样品比较,高压烧结有利于提高材料的热电性能。采用放电等离子烧结方法（SPS）制备了Mn掺杂的Bi85Sb15合金Bi85Sb15-xMnx（x=0, 3, 4, 5）。并在实验中尝试采用不同的烧结压力,初步探索了制备工艺对材料热电性能的影响,适当的烧结压力有利于材料热电性能的改善。Mn掺杂样品电传输性能均得到提高,掺杂量为x=1的样品优值系数最高,在160K时达到1.24×10-3 K-1。

全文目录


摘要  2-3
Abstract  3-8
第一章 绪论  8-21
  1.1 热电效应基本原理  8-12
    1.1.1 三种热电效应  8-9
    1.1.2 热电效应应用及优缺点  9-11
    1.1.3 热电材料性能评价  11-12
  1.2 热电材料研究进展  12-15
    1.2.1 应用于高温区热电材料  13-14
    1.2.2 应用于中温区热电材料  14-15
    1.2.3 应用于低温区热电材料  15
  1.3 Bi-Sb热电材料研究进展  15-19
  1.4 本论文研究思路  19-21
第二章 实验方法  21-34
  2.1 材料制备  22-28
    2.1.1 原料选取与组分设计  22-23
    2.1.2 粉体制备-机械合金化技术  23-24
    2.1.3 块体制备  24-28
      2.1.3.1 无压烧结  25
      2.1.3.2 高压烧结  25-26
      2.1.3.3 放电等离子烧结  26-28
  2.2 性能表征和测试  28-34
    2.2.1 XRD表征，SEM表征及密度测试  28
    2.2.2 电导率测试  28-29
    2.2.3 热电势测试  29-30
    2.2.4 热导率测试  30-34
      2.2.4.1 测试装置  30-32
      2.2.4.2 实验方法  32
      2.2.4.3 误差分析  32-34
第三章 无压烧结制备Bi-Sb合金及其低温热电性能研究  34-54
  3.1 Bi_(85)Sb_(15-x)Mn_x材料热电性能研究  34-42
    3.1.1 材料制备  34-35
    3.1.2 材料物相组成及微观结构分析  35-36
    3.1.3 材料热电性能分析  36-42
  3.2 Bi_(85)Sb_(15-x)Pd_x材料热电性能研究  42-47
    3.2.1 材料制备  42
    3.2.2 材料物相组成及微观结构分析  42-43
    3.2.3 材料热电性能分析  43-47
  3.3 Bi_(85)Sb_(15-x)Re_x材料热电性能研究  47-52
    3.3.1 材料制备  47-48
    3.3.2 材料物相组成及微观结构分析  48
    3.3.3 材料热电性能分析  48-52
  3.4 本章小结  52-54
第四章 高压烧结制备Bi-Sb合金及其低温热电性能研究  54-66
  4.1 Bi_(85)Sb_(15-x)Ag_x材料热电性能研究  54-61
    4.1.1 材料制备  54
    4.1.2 材料物相组成及微观结构分析  54-56
    4.1.3 材料热电性能分析  56-59
    4.1.4 与无压烧结比较  59-61
  4.2 Bi_(85)Sb_(15-x)Zn_x材料热电性能研究  61-64
    4.2.1 材料制备  61
    4.2.2 材料物相组成及微观结构分析  61-62
    4.2.3 材料热电性能分析  62-64
  4.3 本章小结  64-66
第五章 SPS法制备Bi-Sb合金及其低温热电性能研究  66-76
  5.1 Bi_(85)Sb_(15-x)Mn_x材料热电性能研究  66-75
    5.1.1 材料制备  66-67
    5.1.2 材料物相组成及微观结构分析  67-68
    5.1.3 材料热电性能分析  68-73
    5.1.4 与无压烧结比较  73-75
  5.2 本章小结  75-76
第六章 总结  76-77
参考文献  77-82
攻读硕士学位期间的研究成果  82-83
致谢  83-84

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 固体物理学 > 固体性质 > 电学性质
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