精細(xì)硅化物熱電材料制備技術(shù)及其熱電傳輸性能的研究.pdf

1、熱電材料是一種通過固體內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)可直接將熱能轉(zhuǎn)化成電能，反之可以利用電能制冷的新能源材料。隨著人類能源問題日漸突出和新能源材料的迅速發(fā)展，熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。利用工業(yè)余熱發(fā)電是硅化物中溫區(qū)(400-800K)熱電材料的一個(gè)重要應(yīng)用，在大規(guī)模高品質(zhì)的新能源應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文從制備工藝、原料選擇、摻雜改性和微觀結(jié)構(gòu)控制等方面對(duì)硅化物熱電材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　 采用電場(chǎng)激活壓力輔助合成(field

2、-activated pressure-assisted synthesis，F(xiàn)APAS)制備技術(shù)，在確定粉末預(yù)處理、溫度和壓力等參數(shù)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了電流參數(shù)對(duì)硅化物熱電材料微觀結(jié)構(gòu)和熱電傳輸性能的影響，設(shè)計(jì)了無電流(NCS)、低電流(LCS)和高電流(HCS)三種加熱模式進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，電流加熱升溫速度快和特殊的溫度場(chǎng)分布有利于燒結(jié)過程中粉體內(nèi)部的氣體排出，制備出的試樣致密度高和電導(dǎo)率高;燒結(jié)過程中電流和電場(chǎng)的存在促進(jìn)

3、了反應(yīng)粉末之間的物質(zhì)遷移，降低了反應(yīng)溫度，有效控制了粉末顆粒在燒結(jié)過程中的長(zhǎng)大;發(fā)現(xiàn)強(qiáng)電場(chǎng)和大電流大可促使晶粒定向生長(zhǎng)。
　　 以MgH2粉替代Mg粉作為原料采用反應(yīng)燒結(jié)法制備了精細(xì)Mg2Si熱電材料，研究了MgH2與Si粉反應(yīng)過程的配比值以及溫度、保溫時(shí)間、氣體保護(hù)、副產(chǎn)物收集等工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)物性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)燒結(jié)法可有效消除產(chǎn)物中的MgO雜相，提高產(chǎn)物純度;由于反應(yīng)時(shí)自身分解和反應(yīng)溫度較低的特點(diǎn)，產(chǎn)物的晶粒尺寸易

4、于控制，可制備出納米級(jí)的精細(xì)Mg2Si粉體和塊體材料。MgO雜質(zhì)的減少和晶粒尺寸的納米化都使Mg2Si熱電材料的熱電性能有了較大的提高。
　　 研究了Cu、Co和Mn元素?fù)诫s對(duì)硅化物熱電材料性能的影響。通過Cu摻雜縮短了β-FeSi2材料的制備時(shí)間，通過Co和Mn元素的摻雜分別制備了n型和p型β-FeSi2基熱電材料且大幅提升了功率因子值。針對(duì)摻雜改性Mg-Si基熱電材料使最佳熱電性能向高溫區(qū)偏移的現(xiàn)象，研究了重金屬Sb、過渡金