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本论文研究了Bi85Sb15材料在80-300K温区的热电性能,并深入研究了Sb位掺杂对材料热电性能的影响规律,以及不同的块体烧结方法对材料热电性能的影响规律。
采用机械合金化(MA)方法制备Sb位掺杂的Bi85Sb15粉末样品,对于不同的掺杂元素分别采用无压烧结、高压烧结和放电等离子烧结(SPS)制备块状样品。采用X射线衍射试验(XRD)进行了材料物相组成的分析,采用扫描电子显微镜(SEM)进行了材料微观结构的表征,并测试了材料的低温电导率、Seebeck系数及热导率,研究了其低温热电性能。
采用无压烧结方法制备了Mn,Pd和Re掺杂的Bi85Sb15合金。Mn掺杂的Bi85Sb15-xMnx(x=1,3,5)样品电传输性能均得到提高,掺杂量为x=1的材料热导率得到降低。Bi85Sb14Mn1合金的优值系数Z在170 K时为1.68×10-3K-1,约为同温度下未掺杂样品优值系数的两倍。Pd掺杂样品中掺杂量为x=1的材料热电性能得到提高,随着掺杂量的增加,材料热电性能反而下降。掺杂Re的样品热导率得到降低,但总体来看,其热电性能未很好改善。
采用高压烧结方法制备了Ag和Zn掺杂的Bi85Sb15合金。通过SEM照片看到,高压烧结的材料致密度有所增加。Ag,Zn掺杂后材料电传输性能普遍得以提高。其中Bi85Sb14Ag1合金的功率因子在270K时达到最大值2.99×10-3W/m·K2,约为同温度下未掺杂样品Bi85Sb15功率因子的三倍。与同为掺杂Ag元素的无压烧结样品比较,高压烧结有利于提高材料的热电性能。
采用放电等离子烧结方法(SPS)制备了Mn掺杂的Bi85Sbi5合金Bi85Sb15-xMnx(x=O,3,4,5)。并在实验中尝试采用不同的烧结压力,初步探索了制备工艺对材料热电性能的影响,适当的烧结压力有利于材料热电性能的改善。Mn掺杂样品电传输性能均得到提高,掺杂量为x=1的样品优值系数最高,在160K时达到l.24×10-3 K-1。