Fe基热电材料的微观结构调制与性能优化

【摘要】FeSb2,FeSi2基热电材料由于其成本低廉、环境友好、热电性能良好而引起了很多研究者的关注,但又存在各自的缺陷,导致其热电性能难以大幅度提高。本文针对两种材料各自的特点展开研究。取得的成果如下：1.在FeSb2基热电材料中引入热变形工艺,探索了不同温度下的热变形工艺及多次热变形对材料微观结构的影响,并通过对材料微观结构的调制改善材料热电性能。大量的晶格缺陷的出现增加了声子散射作用,显著降低了材料晶格热导,对多晶FeSb2的热电性能起到显著的优化作用。织构的形成导致材料在宏观性能的各向异性,使得二次热变形试样沿压力方向的ZT值达到0.021,相比未热变形的试样提高一倍以上。2.通过在Si过量的FeSi2基体中加入适量的Mg元素,设计了一种原位合成FeSi2-Mg2Si复合热电材料的方法。合成了不同Mg2Si复合量的两相复合物,并通过Co掺杂来调制机体的电学性能,研究掺杂和复合的共同作用对FeSi2基体热电性能的影响。发现在5%Co掺杂的FeSi2基体中复合Mg2Si,有利于提高材料的热电性能,主要归因于复合试样热导率的降低和Seebeck系数的提高。Co的掺杂有助于提高两相复合物的热电性能,3%的Co掺杂时材料热电性能最好,主要归因于Co掺杂对材料电学性能的调制。3.基于FeSi2热电材料的物理特性和热电特性,设计了一种用于高灵敏度热电传感器件的梯度功能热电材料的制备方法。分别用Mn、Al双掺的p型FeSi2和Co、Ni双掺的n型FeSi2作为基体材料,制备出了Seebeck系数随温度的线性特征较好的梯度热电材料。其中,Co50:Ni50和Co87.5:Ni12.5两个成分按2：1的比例连接的试样,其Seebeck在400K到800K的较长温度区间里维持在240μV/K到250μV/K之间,上下波动幅度在5%以内,展现了非常好的应用价值。
【作者】王永政；
【导师】赵新兵；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】热电材料；FeSb2；热变形；FeSi2·Mg2Si；梯度功能热电材料；

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