Zn-Sb基熱電材料的微結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、β—Zn4Sb3材料是目前中溫附近性能最佳的熱電轉(zhuǎn)換材料之一。β-2n4Sb3是化合物半導(dǎo)體，屬于六方晶系，R3C空間群，每個(gè)晶胞內(nèi)有66個(gè)原子，具有非常低的熱導(dǎo)率和較好的電性能，室溫下其晶格熱導(dǎo)率僅0．65W·m-1·K-1，熱電優(yōu)值高于目前實(shí)用化的中溫?zé)犭姴牧?。但是該材料的合成條件苛刻，脆性大，樣品不易制備。因此利用摻雜對(duì)其進(jìn)行改性，并進(jìn)一步優(yōu)化其成分和結(jié)構(gòu)。本次研究主要包括： 1．利用Cu、Al替換β-Zn4Sb3中的Zn

2、元素形成三元合金，采用粉末冶金法并通過(guò)放電等離子燒結(jié)（SPS）制備塊狀樣品。結(jié)果表明適量的Cu、Al替換Sb可以提高熱電性能，填加Cu后性能改善更加明顯。在Zn4xCuxSb合金中，當(dāng)其x從0增加到0．4時(shí)，材料的Seebeck系數(shù)明顯增加，當(dāng)溫度為654 K時(shí)，ZT值達(dá)到0．7，比相同溫度下β-Zri4Sb3的最大ZT值（0．47）大0．23。 2．利用Cu、Bi分別替換β-Zn4Sb3中的Zn、Sb元素形成四元合金，采用類同

3、的制備工藝，結(jié)果表明Zn4-xCuxSb3-xBix合金的熱電性能優(yōu)于β-Zn4Sb3，當(dāng)x=0．4、溫度為574 K時(shí)最大熱電優(yōu)值ZT為0．53。 3．基于前期研究結(jié)果，分別設(shè)計(jì)了（Cu2Sb）x（Zn4Sb3）1-x和（Cu5Zn3）x（Zn4Sb3）1-x贗兩元合金，在654 K時(shí)，贗兩元合金（Cu2Sb）0．0．5-（Zn4Sb3）0．995的最大優(yōu)值為0．72，比相同溫度下的β-Zn4Sb3高出0．25，也較直接摻雜C

4、u后Zn—Cu—Sb的熱電優(yōu)值高。 4．由于在Zn4Sb3合金中添加了Cu2Sb后，合金內(nèi)部出現(xiàn)了ZnSb和Cu5Zn8次相，卻隨著Cu2Sb含量的增加，ZnSb相的含量逐漸增高，典型的β—Zn4Sb3相熱電性能未能得到充分的體現(xiàn)。為降低合金中ZnSb相的含量，獲得較純的β—Zn4Sb3相，在Zn4Sb3中特意添加Cu5Zn3化合物，設(shè)計(jì)出（Cu5Zn3）x（Zn4Sb3）1—x（x=0．005～0．04）合金。X—ray衍射分