鎂基熱電材料具有原料豐富、環(huán)保、價格低廉、密度低等顯著優(yōu)點,歸屬其中的N型Mg2XⅣ（XⅣ =Si,Ge,Sn）基材料和Mg3XⅣ2（XⅤ=Sb,Bi）基材料最優(yōu)zT值均已超過1,同屬于高性能的中溫區(qū)熱電材料。如何進一步降低Mg2XⅣ材料的晶格熱導(dǎo)率以進一步提升其N型材料的熱電優(yōu)值,如何優(yōu)化其P型材料的空穴濃度和能帶結(jié)構(gòu)以使其性能能與N型材料相匹配,是近年來有關(guān)Mg2XⅣ基材料的主要研究內(nèi)容。而對于近年來新興的Mg3Sb2基材料,深入理解其電、聲傳輸機制則是發(fā)揮其性能潛力的必經(jīng)之路。本文開展的主要研究工作和所獲得的主要結(jié)論如下:1)系統(tǒng)研究了大劑量Sb取代Sn位的Mg2Sn1-xSbx體系的熱電性能。通過多種微結(jié)構(gòu)表征手段結(jié)合聲子輸運模型深入分析并揭示了 Sb合金化后帶來的低晶格熱導(dǎo)率的成因,并嘗試通過調(diào)節(jié)Mg含量來優(yōu)化該材料體系的性能。實驗表明,Sb合金化的Mg2Sn中存在大量的納米析出相和間隙團簇等缺陷。理論計算的晶格熱導(dǎo)率在考慮這些額外缺陷散射項后,能與實驗數(shù)值符合良好。得益于晶格熱導(dǎo)率的大幅降低,Sb合金化Mg2Sn材料的zT值相比其摻雜成分實現(xiàn)了 50%的提高,在750 K達... 

【文章頁數(shù)】：152 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 熱電效應(yīng)簡介
    1.2 熱電器件及轉(zhuǎn)化效率
    1.3 半導(dǎo)體熱電輸運理論
        1.3.1 單拋帶模型和弛豫時間近似
        1.3.2 德拜近似下的聲子輸運模型
    1.4 熱電材料的發(fā)展現(xiàn)狀與性能優(yōu)化思路
        1.4.1 發(fā)展現(xiàn)狀簡述
        1.4.2 載流子濃度的優(yōu)化
        1.4.3 能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控
        1.4.4 多尺度的聲子散射
    1.5 中溫區(qū)高性能Mg基熱電材料
        1.5.1 Mg_2X~Ⅳ (X~Ⅳ=Si,Ge,Sn)基化合物熱電材料
        1.5.2 Zintl相Mg_3X~Ⅴ_2 (X~Ⅴ=Sb,Bi)基熱電材料
    1.6 選題依據(jù)和研究內(nèi)容
第二章 實驗方法
    2.1 原料及設(shè)備
    2.2 材料制備的工藝流程
        2.2.1 鉭管封裝熔煉+熱壓燒結(jié)
        2.2.2 MgH_2固相反應(yīng)法
        2.2.3 助溶劑法制備單晶
    2.3 表征及測試方法
        2.3.1 物相結(jié)構(gòu)
        2.3.2 微結(jié)構(gòu)及成分
        2.3.3 熱學(xué)性能
        2.3.4 電導(dǎo)率與Seebeck系數(shù)
        2.3.5 霍爾系數(shù)
        2.3.6 聲速
第三章 Sb合金化Mg_2Sn的電聲輸運性質(zhì)及微結(jié)構(gòu)實質(zhì)
    3.1 Sb合金化Mg_2Sn材料的微結(jié)構(gòu)和熱電性能
        3.1.1 制備工藝及成分、結(jié)構(gòu)表征
        3.1.2 熱性能分析
        3.1.3 透射電鏡微結(jié)構(gòu)表征
        3.1.4 熱導(dǎo)率建模分析
        3.1.5 電性能分析和熱電優(yōu)值
    3.2 Sb在Mg_2Sn中的固溶極限探索及退火對其熱電性能的影響
        3.2.1 工藝及表征
        3.2.2 熱電性能
    3.3 Mg含量調(diào)控對Mg_2Sn_(1-x)Sb_x材料熱電性能的影響
        3.3.1 工藝及表征
        3.3.2 熱電性能
    3.4 本章小結(jié)
第四章 N型Mg_2(Si,Sn)材料的低溫固相反應(yīng)法制備和熱電性能
    4.1 MgH_2低溫固相反應(yīng)法制備Mg_2X~Ⅳ及其固溶體
    4.2 Mg_2(Si,Sn)固溶體成分均勻程度對熱電性能的影響
    4.3 Mg過量程度對Mg_2(Si_(0.35)Sn_(0.65))_(0.985)Sb_(0.015)材料熱電性能的優(yōu)化
    4.4 本章小結(jié)
第五章 P型Mg_2(Ge, Sn)基熱電材料的性能優(yōu)化
    5.1 NaBH_4摻雜的Mg_2Ge_(1-y)Sn_y熱電材料
        5.1.1 工藝及表征
        5.1.2 摻劑及鍺的含量對P型Mg_2Sn基材料熱電性能的影響
    5.2 鎂過量程度對Mg_2Ge_(0.4)Sn_(0.6)·0.02NaBH_4熱電性能的影響
        5.2.1 工藝及表征
        5.2.2 熱電性能
    5.3 LiBH_4及LiH摻雜的Mg_2Ge_(0.4)Sn_(0.6)熱電材料
        5.3.1 兩種摻劑的效果對比
        5.3.2 LiH摻雜Mg_2Ge_(0.4)Sn_(0.6)的熱電輸運特性
    5.4 本章小結(jié)
第六章 Mg_3X~Ⅴ_2 (X~Ⅴ= Sb,Bi)單晶的制備及輸運性能
    6.1 單晶的制備與表征
    6.2 電輸運性質(zhì)
        6.2.1 電導(dǎo)率的各向異性
        6.2.2 其它電輸運性質(zhì)
    6.3 熱性能和建模分析
        6.3.1 熱容模型
        6.3.2 晶格熱導(dǎo)率的分析
    6.4 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
參考文獻
致謝
個人簡歷
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]管式反應(yīng)法制備Mg2Sn基熱電材料及其性能研究[J]. 焦媛媛,樊文浩,陳少平,鮑亮亮,孟慶森.  稀有金屬材料與工程. 2015(02)

博士論文
[1]Mg2（Si,Sn）合金的固溶限、點缺陷和熱電性能[D]. 姜廣宇.浙江大學(xué) 2014



本文編號：3713678