由于能源危機(jī)與其伴隨的環(huán)境污染問題,探索綠色可再生能源并提高能源利用效率成為了研究焦點,而熱電材料正是一種能直接將熱能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體功能材料。Half-Heusler材料具有良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能,同時滿足新型綠色能源標(biāo)準(zhǔn)。本文采用電弧熔煉、高能球磨后,熱壓的方法制備了n型CoSb基half-Heusler合金,分別針對其基本物性及熱電性能進(jìn)行了研究。優(yōu)化了18價電子(Ti,Hf)CoSb基合金的熱電性能,分別在(Ti,Hf)位和Co位進(jìn)行不同元素的電子摻雜。在(Ti,Hf)位摻雜Ta后,通過調(diào)整Ti和Hf的比例,進(jìn)一步優(yōu)化其熱電性能。通過對比可以看到,與Zr/Hf合金化相比,由于Hf和Ti原子的質(zhì)量和尺寸差異更大,Ti/Hf合金的晶格熱導(dǎo)率更低。調(diào)節(jié)Ti與Hf的比例后,使得Ti_(0.45)Hf_(0.45)Ta_(0.1)CoSb的ZT值在900 K時達(dá)到~0.63。如在Co位摻雜Ni,在Ti_(0.5)Hf_(0.5)Co_(0.9)Ni_(0.1).1 Sb合金中得到900 K時ZT值~0.55。分析了19價電子(Nb,V)CoSb基合金的熱電性能,主要通過對VCoSb合金進(jìn)行V缺位,對V位進(jìn)行n型Ti摻雜,對NbCoSb合金Nb位進(jìn)行V固溶,對Nb缺位后的Nb_(0.8)CoSb的Nb位進(jìn)行V固溶等手段,分別探究其對熱電性能的影響。結(jié)果表明,通過V空位使得VCoSb合金中的雜質(zhì)相含量減小,從而提高了其熱電性能�？梢缘玫匠煞譃閂_(0.9)CoSb合金的ZT值在900 K時達(dá)到0.53。對V位進(jìn)行n型Ti摻雜V_(0.9)Ti_(0.1)CoSb合金熱電材料經(jīng)過熱處理后,測試其性能變化,ZT值在900 K時達(dá)到0.5,比未進(jìn)行熱處理樣品提高了25%。對NbCoSb合金Nb位進(jìn)行不同量V固溶,同時對Nb缺位后的Nb_(0.8)CoSb合金Nb位進(jìn)行不同含量V固溶,測試后發(fā)現(xiàn),Nb缺位固溶合金較未缺位固溶合金,性能并沒有明顯的提高,成分Nb_(0.5)V_(0.5)CoSb合金與成分Nb_(0.3)V_(0.5)CoSb合金的ZT值在900 K時都為0.46。探究了V-Co-Sb三元系600℃相組織關(guān)系,測得V-Co-Sb三元系在600℃時的等溫截面相圖。通過對V-Co-Sb三元系中各個化合物進(jìn)行的實驗測定,發(fā)現(xiàn)VCoSb三元化合物單相區(qū)在相圖中存在一定的固溶度,且向V缺位處偏移,而理論預(yù)測的V:Co:Sb=1:1:1配比的化合物點并不在此單相區(qū)內(nèi),這很好的解釋了關(guān)于VCoSb合金體系熱電研究文獻(xiàn)中未制備出單相VCoSb合金的原因,同時也為后續(xù)19價電子VCoSb合金體系的熱電研究提供了理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

能的提高起到了顯著作用。隨著各種改善實驗方法的引入，熱電材料的研究再次獲得了令人滿意的進(jìn)展。.3 熱電應(yīng)用基本原理.3.1 熱電效應(yīng)根據(jù)前文所述，熱電的這三種效應(yīng)中為熱電發(fā)電以及制冷提供了依據(jù)。Seebeck 效應(yīng)[13]如圖 1-1 所示，即 a，b 兩種不同導(dǎo)體構(gòu)成的閉合回路，在接點 1，2 兩端施以溫度差 ΔT（T1>T2），則會在 y，z 兩端之間產(chǎn)生電勢差 ΔVyz。位溫度梯度生成的電勢差被稱為 Seebeck 系數(shù)。其表達(dá)式為：0 abTV dVT dTlim(1-1)中 ΔT——閉合回路兩端的溫度差（K）；ΔV ——冷熱兩端產(chǎn)生的電勢差（V）； ab——Seebeck 系數(shù)（V K-1）。

如果材料中以電子導(dǎo)電為主，則 Seebeck 系數(shù)表現(xiàn)為負(fù)值，此時們稱之為 n 型半導(dǎo)體材料；如果材料中以空穴導(dǎo)電為主，則 Seebeck 系數(shù)表為正值，則稱之為 p 型半導(dǎo)體材料。Peltier 效應(yīng)如圖 1-2 所示，這種電回路是由兩種不一樣的金屬組成的，當(dāng)電流在其中通過時，接觸點兩邊會分別發(fā)生吸熱與放熱這兩種不同的熱量變，而連接處電流方向決定了其溫度變化，在接頭處的釋放或吸收的熱量與電的大小成正比，我們把這個比例系數(shù)被稱為 Peltier 系數(shù)。其表達(dá)式如下：/ ( )b a abQ dQ dt I(1-2)中Q——接頭處的吸、放熱量（W）；I ——閉合電路通入的電流（A）；ab ——A、B 兩種導(dǎo)體的 Peltier 系數(shù)之差（WA-1）。Peltier 效應(yīng)主要是因為載流子在不同的金屬導(dǎo)體之間傳遞時，電子和空穴別向從連接點向相反方向移動，在連接處產(chǎn)生空穴-電子對，此過程由于能量換的原因而使得有吸熱與放熱的物理現(xiàn)象發(fā)生。

材料熱電性能與載流子濃度關(guān)系
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本文編號：2847387