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β-FeSi_2基热电材料的制备与性能研究

作　者: 邱玥
导　师: 沈鸿烈
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料学
关键词: β-FeSi2 热电材料 机械合金化 热电性能 掺杂 热电转换器件
分类号: TN37
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 175次
引　用: 1次
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内容摘要


热电材料是一类能直接实现热电转换功能的材料,无需机械部件,无噪音,节约能源,因此受到人们的关注。而β-FeSi2是一种非常有应用前景的热电材料,其特点是具有比较高的赛贝克系数,来源广泛,价格低廉,高温抗氧化性好,无毒以及高的工作温度。采用机械合金化方法制备了β-FeSi2基热电材料,通过XRD、热电性能测试等手段研究探讨了比较理想的制备工艺参数,研究了β-FeSi2基热电材料的电学性能和相结构,分析讨论了进一步提高β-FeSi2基合金热电性能的可能性;介绍了热电器件及其性能参数,构建了热电转换器件的基本单元。经分析得出优化的制备工艺为:当球料比为15/1,球磨机转速为365r/min时,经50h球磨的粉末在890℃退火15h后可完全生成β-FeSi2。对于提高β-FeSi2基材料热电性能的研究表明:掺杂能有效提高β-FeSi2基合金的热电性能;Co是较好的n型掺杂剂,最佳掺杂浓度为1at.%;Mn是较好的p型掺杂剂,最佳掺杂浓度为2.67at.%,但掺杂效果略差于Co;Al也是p型掺杂剂,但其掺杂效果比Mn差,Al的最佳掺杂浓度为1.64at.%;在掺杂浓度最佳的掺Co样品中加入2mass%Er2O3能进一步提高材料的热电性能。根据热电效应原理,选取掺杂浓度最佳的掺Co样品和掺Mn样品,分别构建了温差发电器件单元和热电制冷器件单元,并取得以下初步结果:在给定温差和电流条件下分别得到温差发电电流为24μA,热电制冷可降低温度16℃。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 引言  12-13
  1.2 热电材料的研究进展  13-17
    1.2.1 实用阶段的热电材料  13-15
    1.2.2 新型热电材料  15-17
  1.3 β-FeSi_2 基热电材料的基本特性  17-24
    1.3.1 β-FeSi_2 的晶体学性质  17-20
    1.3.2 β-FeSi_2 的电子结构  20
    1.3.3 β-FeSi_2 热电性能的改善  20-24
  1.4 机械合金化技术及其发展  24-25
  1.5 机械合金化法制备β-FeSi_2 热电材料的研究现状  25-26
  1.6 本文的研究目的与内容  26-28
第二章 实验内容和制备方法  28-34
  2.1 实验步骤  28
  2.2 材料的制备  28-31
  2.3 样品的检测分析  31-34
    2.3.1 样品的结构分析  31
    2.3.2 样品的热电性能分析  31-32
    2.3.3 热电转换器件单元的构建  32-34
第三章 β-FeSi2基热电材料的机械合金化制备与相结构分析  34-41
  3.1 球磨工艺参数对合金化的影响  34-37
    3.1.1 球磨机转速对合金化的影响  34-35
    3.1.2 球料比对合金化的影响  35-36
    3.1.3 球磨时间对合金化的影响  36-37
    3.1.4 其他因素对合金化的影响  37
  3.2 烧结工艺参数对合金化的影响  37-39
  3.3 样品的表面形貌分析  39
  3.4 样品的密度测量  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 β-FeSi_2基材料的热电性能分析  41-58
  4.1 β-FeSi_2 材料的热电特性  41-42
  4.2 掺CO 的β-FeSi_2 基材料的热电特性  42-46
  4.3 掺MN 的β-FeSi_2 基材料的热电特性  46-49
  4.4 掺AL 的β-FeSi_2 基材料的热电特性  49-53
  4.5 掺ER_2O_3 的FE_(0.97)Co_(0.03)SI_2 材料的热电特性  53-57
    4.5.1 稀土氧化物掺杂的简介  53
    4.5.2 Er_2O_3 掺杂Fe_(0.97)Co_(0.03)Si_2 样品的热电性能  53-57
  4.6 本章小结  57-58
第五章 热电转换器件  58-69
  5.1 热电器件的工作原理和性能参数  58-66
    5.1.1 赛贝克效应及其应用  58-62
      5.1.1.1 赛贝克效应  58-59
      5.1.1.2 温差发电器的性能参数  59-62
    5.1.2 珀尔帖效应及其应用  62-66
      5.1.2.1 珀尔帖效应  62-64
      5.1.2.2 制冷器的性能参数  64-66
  5.2 热电转换基本单元的构建  66-68
    5.2.1 温差发电的热电转换单元的构建  67
    5.2.2 热电制冷的热电转换单元的构建  67-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章 总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-77
致谢  77-78
在学期间的研究成果及发表的学术论文  78
在学期间主要参加的科研项目  78

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 半导体热电器件、热敏电阻
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