【摘要】：熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種利用熱電材料的Seebeck效應(yīng)、Peltier效應(yīng)和Thomson效應(yīng)將熱能與電能互相轉(zhuǎn)換的綠色能源技術(shù),具有無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)排放等顯著優(yōu)點(diǎn),在最近幾十年成為研究熱點(diǎn)。Mg_2Si是一種適用于中溫的半導(dǎo)體熱電材料。其密度低、熔點(diǎn)高、原料價(jià)格低廉、無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)使之成為最有研究?jī)r(jià)值的熱電材料之一。高溫高壓工藝近年來(lái)被越來(lái)越多地用于制備熱電材料中,成為了對(duì)材料新型結(jié)構(gòu)、獨(dú)特性質(zhì)的探索方式。本文采用高溫高壓工藝制備了Mg_2Si基熱電材料。研究了Al、Bi、Sb三元摻雜Mg_2Si熱電材料的熱電性能,探究了SiC晶須與K_2Ti_6O_(13)晶須的復(fù)合對(duì)Mg_2Si基熱電材料熱電性能與力學(xué)性能的影響。主要成果如下:(1)研究了高溫高壓法一步合成Al、Bi、Sb三元摻雜的Mg_2Si熱電材料Mg_(2.02-x)Al_xSi_(1-3y)Bi_(2y)Sb_y(x=0.03,0.06;y=0.01,0.02)的熱電性能。所得樣品除了主相Mg_2Si之外還存在部分無(wú)法確定的雜相。通過(guò)熱處理可以消除部分雜相,并增加Bi原子的固溶度。Al摻入量x=0.06的樣品相較于Al摻入量x=0.03的樣品擁有更低的晶格熱導(dǎo)率,說(shuō)明Al能提高Bi、Sb摻雜所引起的點(diǎn)缺陷造成的聲子散射。Mg_(1.96)Al_(0.06)Si_(0.85)Bi_(0.01)Sb_(0.005)樣品在773 K取得最大熱電優(yōu)值(ZT=0.9),明顯高于單摻雜Mg_2Si材料。(2)通過(guò)二次高壓制備了質(zhì)量較高、熱穩(wěn)定性良好的Al、Bi、Sb三元摻雜的Mg_2Si熱電材料(Mg_(1.99)Al_(0.03)Si_(1-3y)Bi_(2y)Sb_y)。研究了Al摻量恒定的前提下Bi、Sb摻量對(duì)材料熱電性能的影響。在摻量y≤0.015時(shí),Bi、Sb的摻入能顯著提高材料的電導(dǎo)率并降低晶格熱導(dǎo)率。Mg_(1.99)Al_(0.03)Si_(0.955)Bi_(0.03)Sb_(0.015)樣品在773 K得到了ZT值0.71。本組實(shí)驗(yàn)中Bi元素最佳摻量為0.03,遠(yuǎn)高于Bi的固溶極限1.3at.%,這可能是高壓工藝與Al摻入共同作用的結(jié)果。(3)研究了SiC晶須與K_2Ti_6O_(13)晶須對(duì)Mg_2Si基熱電材料熱電性能與力學(xué)性能的影響。兩種晶須都顯著的提升了材料的抗彎強(qiáng)度、彎曲模量、硬度和斷裂韌性,其中K_2Ti_6O_(13)晶須的提升效果更明顯。K_2Ti_6O_(13)晶須的最佳摻量為1 wt.%,更大的摻量反而會(huì)略微降低材料的力學(xué)性能。晶須在Mg_2Si的高溫高壓合成過(guò)程中有一定阻礙作用,未完全反應(yīng)的Mg單質(zhì)使得材料呈金屬特性,熱電性能較差。(4)通過(guò)二次高壓解決了晶須阻礙Mg_2Si合成的問(wèn)題。二次高壓的樣品力學(xué)性能較差,可能是由于高壓燒結(jié)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力使得樣品內(nèi)部存在微裂紋。兩種晶須對(duì)力學(xué)性能的強(qiáng)化效果顯著,與一次高壓相一致。晶須的復(fù)合降低了材料的電導(dǎo)率和晶格熱導(dǎo)率,由于電導(dǎo)率的降幅要大于熱導(dǎo)率,最終熱電優(yōu)值下降�？傮w而言,復(fù)合K_2Ti_6O_(13)晶須的樣品力學(xué)性能和熱電性能優(yōu)于SiC晶須樣品。
【圖文】：

1.1 研究背景及意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)能源的需求也不斷增大。中國(guó)原油進(jìn)口依存從 2012 的 57%增長(zhǎng)至 2017 年的 68%。從以上數(shù)據(jù)可以看出，中國(guó)能源安全題日益突出。另一方面，在工業(yè)超速發(fā)展的同時(shí)，化石能源在使用過(guò)程中產(chǎn)生量的以二氧化碳為核心的排放物所引起的氣候變暖、極端天氣和霧霾等環(huán)境題已經(jīng)嚴(yán)重影響了人體健康、社會(huì)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展，成為當(dāng)今社會(huì)無(wú)法回避的要問(wèn)題[1]。為此，國(guó)家大力發(fā)展新型能源，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能等。其中，電轉(zhuǎn)換技術(shù)，具有無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)排放等顯著優(yōu)點(diǎn)，在最近幾十年成研究熱點(diǎn)。目前，熱電材料已被應(yīng)用于極端環(huán)境下的同位素電池[2]、工業(yè)廢熱電[3]、汽車尾氣發(fā)電[4]等各個(gè)領(lǐng)域。1.2 熱電效應(yīng)簡(jiǎn)介

積熱容； νL為聲子擴(kuò)散的平均速率；dL為是材料的固有屬性而難以被改變，因此，，降子的平均自由程。通過(guò)摻雜，固溶，納米化聲子閃射作用的強(qiáng)化來(lái)降低材料的晶格熱度半導(dǎo)體材料中自由電子和自由空穴的平衡子或自由空穴）決定了半導(dǎo)體的 n、p 兩種知，載流子濃度同時(shí)影響著材料的 Seebec是難以通過(guò)對(duì)單一參數(shù)的調(diào)控來(lái)提高熱電載流子濃度的提高，電導(dǎo)率和載流子熱導(dǎo)率先提高后降低。因此需要將載流子濃度控制電優(yōu)值。一般情況下這個(gè)區(qū)間為 1019-1021
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 岳陽(yáng)陽(yáng);;熱電材料性能優(yōu)化方法綜述研究[J];科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新;2019年05期

2 張文毓;;熱電材料的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J];上海電氣技術(shù);2017年03期

3 KX.1117;;南京理工大學(xué)熱電材料研究獲新突破[J];軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品;2016年23期

4 ;硅基熱電材料[J];金屬功能材料;2017年03期

5 高杰;苗蕾;張斌;陳_g;;柔性復(fù)合熱電材料及器件的研究進(jìn)展[J];功能高分子學(xué)報(bào);2017年02期

6 陳超;李柏松;王麗七;孟慶森;;梯度結(jié)構(gòu)熱電材料的研究進(jìn)展[J];世界科技研究與發(fā)展;2009年03期

7 徐偉;;尋找最優(yōu)熱電材料[J];百科知識(shí);2014年02期

8 ;高性能熱電材料研發(fā)獲重大進(jìn)展[J];功能材料信息;2014年01期

9 ;熱電材料最新論文摘錄[J];電子元件與材料;2013年07期

10 ;美新型熱電材料性能跨越重要里程碑[J];電站輔機(jī);2012年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 ;熱電材料[A];2010中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2010年

2 朱品文;李璐;楊雪;;高壓在熱電材料研究中的應(yīng)用[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

3 李來(lái)風(fēng);周敏;;低溫?zé)犭姴牧系难芯窟M(jìn)展及應(yīng)用展望[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

4 莫基彬;趙鵬飛;霍鳳萍;武偉名;徐桂英;;熱壓制備ErxY14-xFeyMn1-ySb11熱電材料及性能研究[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

5 梁大鑫;龐廣生;;納米熱電材料的設(shè)計(jì)、合成與性質(zhì)研究[A];第十二屆固態(tài)化學(xué)與無(wú)機(jī)合成學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

6 楊君友;張建生;朱云峰;劉正來(lái);;多尺度熱電材料的性能測(cè)試及表征研究進(jìn)展[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

7 王雷;賈小樂(lè);王大剛;;聚噻吩/碳納米管復(fù)合熱電材料的制備與熱電性能研究[A];2012年全國(guó)高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)學(xué)術(shù)論文集（上冊(cè)）[C];2012年

8 張麗娟;張波萍;葛振華;李敬鋒;;Bi_2S_3/AgBiS_2復(fù)合熱電材料的制備及性能研究[A];第十七屆全國(guó)高技術(shù)陶瓷學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集[C];2012年

9 陳柔剛;楊君友;朱文;;氧化物熱電材料的研究進(jìn)展[A];第五屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

10 ;熱電材料及其應(yīng)用[A];2009中國(guó)材料研討會(huì)會(huì)議程序和論文摘要集[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 記者 閆潔;“聲子液體”助熱電材料實(shí)現(xiàn)突破[N];中國(guó)科學(xué)報(bào);2012年

2 記者 張建列 通訊員 馮春;深圳先進(jìn)院在納米尺度熱導(dǎo)測(cè)量領(lǐng)域獲進(jìn)展[N];廣東科技報(bào);2017年

3 記者 吳長(zhǎng)鋒 通訊員 周慧;新方法大幅提升熱電材料轉(zhuǎn)換效能[N];科技日?qǐng)?bào);2017年

4 汪海;華東師大取得熱電材料研究新進(jìn)展[N];上�？萍紙�(bào);2009年

5 ;熱電材料及其應(yīng)用[N];科技日?qǐng)?bào);2004年

6 張小明;神奇的熱電材料[N];中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào);2001年

7 本報(bào)記者 宋育欣 實(shí)習(xí)生 黨鵬;郭鑫：因?yàn)闊釔?ài) 所以堅(jiān)守[N];吉林日?qǐng)?bào);2019年

8 記者 林莉君 通訊員 萬(wàn)麗娜;打開(kāi)提高熱電材料“熱變電”效率新門[N];科技日?qǐng)?bào);2015年

9 記者 劉霞;摻雜稀土讓熱電材料轉(zhuǎn)換率提高25%[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

10 記者 王春;高性能熱電材料研發(fā)獲得重大進(jìn)展[N];科技日?qǐng)?bào);2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 石唯;小分子摻雜聚3，4-乙烯二氧噻吩基熱電材料的制備及性能研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2018年

2 石文;有機(jī)熱電材料的理論研究[D];清華大學(xué);2017年

3 方騰;Half-Heusler熱電材料電熱輸運(yùn)性質(zhì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究[D];中國(guó)石油大學(xué)（北京）;2017年

4 張旦;多元銅基化合物熱電材料研究[D];華中科技大學(xué);2017年

5 邢光宗;熱電材料電學(xué)性質(zhì)和篩選方法的計(jì)算機(jī)模擬研究[D];吉林大學(xué);2018年

6 龔宏祥;共晶體系玻璃形成和非晶碲基熱電材料合成的研究[D];燕山大學(xué);2016年

7 康宇龍;CoSb_3基和層狀Bi_2Se_3熱電材料的高壓合成及性能研究[D];燕山大學(xué);2017年

8 張亞奇;玻璃態(tài)窄帶隙碲基熱電材料的制備與性能研究[D];燕山大學(xué);2017年

9 朱巖;Mg_2Si_xSn_(1-x)熱電材料的電子結(jié)構(gòu)與輸運(yùn)性能研究[D];燕山大學(xué);2017年

10 賀慧芳;納米熱電材料的微結(jié)構(gòu)及其對(duì)熱電性能的影響[D];武漢大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 耿武千;n型NiZrSn熱電材料選區(qū)激光熔化成形工藝及性能的研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

2 彭智;多晶SnSe熱電材料的制備與性能優(yōu)化[D];武漢理工大學(xué);2018年

3 郭燁;熱電材料Mg_2Si熱、力學(xué)性能的分子動(dòng)力學(xué)模擬：納孔效應(yīng)[D];武漢理工大學(xué);2017年

4 羅闖;SnTe熱電材料選區(qū)激光熔化熱應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

5 舒月姣;SnSe_2熱電材料的制備及其熱電性能研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

6 韋佳銘;高壓制備多元摻雜鎂硅基材料的熱電與力學(xué)性能研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

7 柯虹全;n型CoSb_（2.85）Te_（0.15）熱電材料選區(qū)激光熔化成形工藝及性能的研究[D];武漢理工大學(xué);2018年

8 陳昊英;熱電復(fù)合材料中兩相共存與量子限域的協(xié)同作用[D];西北大學(xué);2018年

9 刁世林;碳納米管/鈦酸鍶鑭復(fù)合熱電材料制備工藝研究[D];昌吉學(xué)院;2018年

10 石曉剛;熱噴涂制備Bi_2Se_(0.3)Te_(2.7)熱電材料的工藝研究[D];西華大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2607506