InSb基化合物的制備及熱電性能.pdf

1、Ⅲ-Ⅴ族化合物由于其工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)非常成熟，如果能夠?qū)⑦@種產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化到熱電應(yīng)用，這樣將大大縮減熱電材料應(yīng)用的工業(yè)化進程。本論文以Ⅲ-Ⅴ族化合物中的InSb化合物為研究對象，研究了InSb化合物的取向性及Zn摻雜對InSb材料熱電性能的影響規(guī)律，同時研究了熔體旋甩工藝對InSb材料的微結(jié)構(gòu)及熱電性能的影響規(guī)律，并通過微調(diào)Sb的量優(yōu)化其熱電性能。 采用熔融緩冷法制備了InSb化合物，研究了其微結(jié)構(gòu)和熱電性能的各向異性，研究表明，InS

2、b結(jié)晶具有擇優(yōu)取向，沿(331)方向擇優(yōu)生長。然而電熱傳輸特性上未表現(xiàn)出各向異性，在700K左右ZT值達(dá)到最大值0.41。 采用熔融緩冷法制備了ZnxIn1-xSb，研究了Zn摻雜量對樣品電熱傳輸特性的影響規(guī)律，結(jié)果表明，Zn的最大置換量約為0.05，當(dāng)Zn含量增加時，部分Zn以ZnSb第二相存在。所有Zn摻雜樣品均表現(xiàn)為p型傳導(dǎo)，隨Zn置換量的增加室溫載流子濃度Np增大，遷移率減小，樣品的電導(dǎo)率增大，Seebeck系數(shù)減小，Z

3、n置換降低了樣品的晶格熱導(dǎo)率，晶格熱導(dǎo)率隨著Zn置換量的增加而減小，在所有ZnxIn1-xSb中，Zn0.01In0.99Sb樣品具有最大ZT值，在700K時最大ZT值為0.27。 利用熔體旋甩工藝制備了InSb化合物薄帶材料，帶狀產(chǎn)物經(jīng)SPS燒結(jié)制備出具有納米結(jié)構(gòu)的InSb塊體材料，通過熔體旋甩以及SPS燒結(jié)后樣品均未發(fā)生分相現(xiàn)象，EDS分析表明材料成分由于急冷和燒結(jié)過程中的揮發(fā)存在著微小的波動。FESEM分析表明熔體旋甩在結(jié)

4、構(gòu)中產(chǎn)生了大量的亞微米和納米尺度的晶粒，且晶粒尺寸隨著冷卻速率的增加而減小。 經(jīng)熔體旋甩處理燒結(jié)樣品的電導(dǎo)率有一定程度的降低，而樣品的Seebeck系數(shù)有大幅度的提高。在材料結(jié)構(gòu)中存在大量的納米晶，顯著增加了晶界對聲子的散射，從而導(dǎo)致晶格熱導(dǎo)率的顯著下降。熔體旋甩制備的樣品均獲得較高的熱電優(yōu)值。在溫度為700K左右樣品MS40獲得最大的無量綱熱電優(yōu)值ZT為0.49，比未經(jīng)過熔體旋甩處理的樣品提高29％。 由于Sb高的飽和