Skutterudite系熱電材料制備及性能研究.pdf

1、Skutterudite材料具有優(yōu)良的電性能，包括很高的載流子遷移率和中等的Seebeck系數(shù)，雖然熱導(dǎo)率比目前常用的熱電材料偏高，但它具有特殊的晶體結(jié)構(gòu)，可以通過合金化、置入填充原子等途徑使晶格熱導(dǎo)率得到顯著降低，因而是當(dāng)前熱電材料家族中最具發(fā)展前途的熱電材料之一。 本文對(duì)Skutterudite系熱電材料的制備工藝、組織結(jié)構(gòu)、熱電性能及其內(nèi)在機(jī)理展開了系統(tǒng)深入的研究。首次將機(jī)械合金化應(yīng)用于Skutterudite系材料制備

2、中，研究了Co-Sb、Co-Fe-Sb系的機(jī)械合金化，發(fā)展了兩種制備置換及填充Skutterudite材料的新工藝：高能球磨－無壓燒結(jié)與高能球磨－熱壓成型－等溫退火，其中后者可得到較致密、晶粒大小較均勻的塊體材料。對(duì)Fe置換Skutterudite化合物Co4-xFexSb12中Fe的置換固溶度進(jìn)行了研究，表明Fe的最大置換固溶度近似為x=0.68。研究了Fe置換對(duì)熱電性能的影響，隨Fe置換量增加，P型載流子濃度增大，電導(dǎo)率上升，See

3、beck系數(shù)下降，功率因子在x=0.5時(shí)達(dá)到最大。同時(shí)，F(xiàn)e置換使熱導(dǎo)率顯著降低。對(duì)其熱傳導(dǎo)機(jī)制的分析表明，F(xiàn)e置換引入的點(diǎn)缺陷散射并不是導(dǎo)致晶格熱導(dǎo)率降低的主要原因，載流子對(duì)聲子的散射不容忽視，此外，可能有其它尚未知曉的機(jī)制存在。隨Fe置換量增加，ZT值增大，Co3.35Fe0.65Sb12在773K時(shí)達(dá)到0.32的ZT值。置換量繼續(xù)增大，Co3FeSb12成分在550K以后ZT值反而開始降低。在置換化合物中加入稀土La填充元素，制備

4、了部分填充Skutterudite化合物L(fēng)ayCo4-xFexSb12(x≤1,y≤1)。對(duì)比研究了Fe置換和La部分填充對(duì)晶體拉曼譜的影響，F(xiàn)e置換對(duì)拉曼譜影響不大，而La部分填充則使拉曼譜產(chǎn)生明顯變化，峰位有紅移，部分峰位明顯展寬。對(duì)La填充化合物的Rietveld結(jié)構(gòu)精修表明，稀土原子具有異常大的熱振動(dòng)參數(shù)，證明了填充原子在晶格空隙中處于“擾動(dòng)”狀態(tài)。這種特殊的結(jié)構(gòu)使熱導(dǎo)率顯著下降。此外，對(duì)Skutterudite/Bi2Te3系