NbFeSb基热电材料的性能优化与器件集成
发布时间：2022-01-22 03:36
Half-Heusler（HH）合金具有机械性强度高、热稳定性好、组成元素储量丰富等优点,是近年来被广为研究的有应用前景的高温热电材料。与P型MCoSb（M=Ti,Zr,Hf）和SiGe高温合金相比,新型P型RFeSb（R=V,Nb,Ta）基HH合金表现出更好的热电性能与价格优势。然而,该材料还存在晶格热导率高、电声输运机制不明确以及热电器件开发缓慢等问题。本文针对RFeSb基热电合金展开系统研究,通过制备工艺与成分优化改善材料的热电性能,并通过Debye-Callaway模型和单抛物能带模型对材料的热输运和电输运机制分别进行分析,同时对材料进行放量制备并组装了RFeSb基原型热电器件。获得的主要结论如下:1)成功制备了(Nb1-xTax)0.8Ti0.2FeSb单相材料。NbFeSb和TaFeSb两种化合物的价带顶具有非常相近的能带结构,故Nb/Ta合金化没有明显改变NbFeSb体系的态密度有效质量。同时由于镧系收缩效应,Nb和Ta之间共价半径非常相近的,固溶后产生的合金散射势很小,并不显著散射载...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)Seebeck效应，(b)Peltier效应和(c)Thomson效应示意图
思路已被应用于许多材料体系中，并优化了热电性能[42-45]。此后，随着相关理论的不断完善与深入，各种新制备技术、表征技术的问世，许多非常有潜力的新型热电材料不断被开发出来，代表性的有half-Heusler(HH)合金[46-49]、Zintl相化合物[50-53]、Cu基化合物[54-57]、Mg基化合物[58-60]、氧化物热电材料[61-63]、有机热电材料[64-66]、单元素热电材料[67,68]以及除了PbTe以外的IV-VI族化合物[69-71]。并且得益于新思路和新技术的出现，传统的Bi2Te3、PbTe和SiGe基化合物也在人们进一步的研究下，性能获得了大幅提升[72-74]。图1.3展示了热电优值在过去大半个世纪中的发展过程，并重点列举了2000年以来的重要进展以及一些代表性的zT值。图1.3热电材料的发展历程[15,75,76]。Figure1.3EvolutionofthemaximumzTvaluesforsometypicalTEmaterials.[15,75,76]
第一章绪论13一般按照热电材料峰值zT所在的温度区间，将目前已报道的热电材料简单划分为低温区、近室温区、中温区、高温区几大类。低温区材料一般指工作温度在300K以下的材料，主要用于固态制冷。此类材料较少，典型的有P型的CsBi4Te6[77]和N型的Bi1-xSbx合金[78]。工作在室温至500K范围的一般被归类为近室温区材料，其中包括目前商业化程度最高的(Bi,Sb)2(Te,Se)3基材料[72,79,80]以及一些近些年新兴的Mg基材料，如MgAgSb基[81,82]和Mg3Sb2基[83-85]化合物。尤其是Mg3Sb2基化合物，其热电性能优异，价格低廉。相比于因含有大量Te元素而成本较高的(Bi,Sb)2(Te,Se)3基材料，表现出非常强的竞争力。中温区材料则是指工作温度在500K至900K之间的材料，包含方钴矿[33,86]、Mg2(Si,Sn)基化合物[58,87,88]和大部分的IV-VI族化合物[89-91]等材料。工作在900K以上的都被归为高温去材料，主要包括传统的SiGe合金[28,92]以及新兴的half-Heulser材料[93-95]。图1.4展示了一些典型块体热电材料的zT值随温度的变化关系。图1.4(a)典型P型块体热电材料的热电性能[17,19,29,32,57,96-102]。(b)典型N型块体热电材料的热电性能[24,33,35,92,103-110]。Figure1.4TemperaturedependenceofzTforsometypical(a)p-type[17,19,29,32,57,96-102]and(b)n-type[24,33,35,92,103-110]TEmaterials.
【参考文献】：
期刊论文
[1]Low contact resistivity and long-term thermal stability of Nb0.8Ti0.2FeSb/Ti thermoelectric junction[J]. Zhijie Huang,Li Yin,Chaoliang Hu,Jiajun Shen,Tiejun Zhu,Qian Zhang,Kaiyang Xia,Jiazhan Xin,Xinbing Zhao. Journal of Materials Science & Technology. 2020(05)
[2]快速凝固法制备ZrNiSn基Half-Heusler热电材料的微结构[J]. 蔚翠,朱铁军,肖凯,金吉,沈俊杰,杨胜辉,赵新兵. 无机材料学报. 2010(06)
本文编号：3601480
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：153 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
(a)Seebeck效应，(b)Peltier效应和(c)Thomson效应示意图
思路已被应用于许多材料体系中，并优化了热电性能[42-45]。此后，随着相关理论的不断完善与深入，各种新制备技术、表征技术的问世，许多非常有潜力的新型热电材料不断被开发出来，代表性的有half-Heusler(HH)合金[46-49]、Zintl相化合物[50-53]、Cu基化合物[54-57]、Mg基化合物[58-60]、氧化物热电材料[61-63]、有机热电材料[64-66]、单元素热电材料[67,68]以及除了PbTe以外的IV-VI族化合物[69-71]。并且得益于新思路和新技术的出现，传统的Bi2Te3、PbTe和SiGe基化合物也在人们进一步的研究下，性能获得了大幅提升[72-74]。图1.3展示了热电优值在过去大半个世纪中的发展过程，并重点列举了2000年以来的重要进展以及一些代表性的zT值。图1.3热电材料的发展历程[15,75,76]。Figure1.3EvolutionofthemaximumzTvaluesforsometypicalTEmaterials.[15,75,76]
第一章绪论13一般按照热电材料峰值zT所在的温度区间，将目前已报道的热电材料简单划分为低温区、近室温区、中温区、高温区几大类。低温区材料一般指工作温度在300K以下的材料，主要用于固态制冷。此类材料较少，典型的有P型的CsBi4Te6[77]和N型的Bi1-xSbx合金[78]。工作在室温至500K范围的一般被归类为近室温区材料，其中包括目前商业化程度最高的(Bi,Sb)2(Te,Se)3基材料[72,79,80]以及一些近些年新兴的Mg基材料，如MgAgSb基[81,82]和Mg3Sb2基[83-85]化合物。尤其是Mg3Sb2基化合物，其热电性能优异，价格低廉。相比于因含有大量Te元素而成本较高的(Bi,Sb)2(Te,Se)3基材料，表现出非常强的竞争力。中温区材料则是指工作温度在500K至900K之间的材料，包含方钴矿[33,86]、Mg2(Si,Sn)基化合物[58,87,88]和大部分的IV-VI族化合物[89-91]等材料。工作在900K以上的都被归为高温去材料，主要包括传统的SiGe合金[28,92]以及新兴的half-Heulser材料[93-95]。图1.4展示了一些典型块体热电材料的zT值随温度的变化关系。图1.4(a)典型P型块体热电材料的热电性能[17,19,29,32,57,96-102]。(b)典型N型块体热电材料的热电性能[24,33,35,92,103-110]。Figure1.4TemperaturedependenceofzTforsometypical(a)p-type[17,19,29,32,57,96-102]and(b)n-type[24,33,35,92,103-110]TEmaterials.
【参考文献】：
期刊论文
[1]Low contact resistivity and long-term thermal stability of Nb0.8Ti0.2FeSb/Ti thermoelectric junction[J]. Zhijie Huang,Li Yin,Chaoliang Hu,Jiajun Shen,Tiejun Zhu,Qian Zhang,Kaiyang Xia,Jiazhan Xin,Xinbing Zhao. Journal of Materials Science & Technology. 2020(05)
[2]快速凝固法制备ZrNiSn基Half-Heusler热电材料的微结构[J]. 蔚翠,朱铁军,肖凯,金吉,沈俊杰,杨胜辉,赵新兵. 无机材料学报. 2010(06)
本文编号：3601480
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