【摘要】：熱電材料是一種熱能與電能直接相互轉換的新型能源材料,在深空探測、工業(yè)廢熱、汽車尾氣余熱等領域存在廣闊的應用前景。Zn Sb化合物資源豐富、成本低,且熱導率較低、塞貝克系數(shù)高,具備高性能熱電材料潛質,但低電導率和較高的點陣熱導率導致ZT值低。因此本文擬采用Na或Ag受主摻雜Zn和等電位Cd取代Zn等方式提高電導率和降低點陣熱導率,進而提高Zn Sb的ZT值。采用熔融+球磨+熱壓燒結相結合的方式制備Zn Sb基熱電材料,采用XRD、SEM、ZEM-3、激光熱導儀等先進表征手段研究Na或Ag摻雜及Cd取代對Zn Sb熱電材料組織結構和熱電輸運行為的影響規(guī)律及機制。研究發(fā)現(xiàn),采用真空融熔+球磨+熱壓燒結可制備晶粒尺寸約為1?m且為純相的Na/Cd(Ag/Cd)雙摻Zn Sb基熱電材料。Na摻雜顯著提高了Zn Sb的載流子濃度和電導率,Seebeck系數(shù)略有下降,最終導致功率因子大幅上升,在40℃0℃時達到最大值16.1μW/cm K2。Na摻雜由于提高電導率,導致電子熱導率(?ele=L?T)和總熱導率升高。根據(jù)ZT=(S2σ/κ)T,Na摻雜量為0.5%時,在350℃時ZT值達到最高值0.994,顯著高于未摻雜Zn Sb的0.42。在Na摻雜的基礎上,采用Cd元素等電位取代Zn Sb中的Zn進一步降低點陣熱導率。研究結果表明,Cd取代Zn不僅顯著降低點陣熱導率,還略有提高功率因子。最終Zn Sb熱電材料ZT值隨著Cd含量的增加先升高后降低,在Cd取代量為8%時性能最優(yōu),ZT值300℃為1.22。Ag摻雜對Zn Sb材料熱電輸運參數(shù)的影響與Na摻雜類似,Ag摻雜顯著降低電阻率和提高熱導率,Seebeck系數(shù)降幅較小,導致功率因子大幅增加,最大功率因子為150℃時的22.6μW/cm K2。最終Ag摻雜大幅提高Zn Sb材料的ZT值,400?C由未摻雜的0.63提高到0.95。在Ag摻雜基礎上,隨著Cd取代Zn量增加,點陣熱導率和總熱導率逐漸降低,功率因子變換幅度較小,導致ZT值逐漸增加,Ag0.01Cd0.09Zn0.9Sb熱電性能最優(yōu),300℃時ZT值為1.1。
【圖文】：

Seebeck效應示意圖

圖 1-3 熱電器件工作原理 (a)溫差發(fā)電原理，，(b)熱電制冷原理[8能的評價參數(shù)及物理內涵優(yōu)值的轉換效率是衡量器件優(yōu)劣的標準，而評價熱電材料性(ZT)直接決定著熱電器件的轉換效率(如公式 1-3 和公式轉換效率越高。因此，追求熱電材料的高 ZT 值是熱電領發(fā)電器，最大發(fā)電效率為：HCHHCZTTTZTTTT 111max 制冷器，最大制冷效率為：
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB34

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本文編號：2525213