Half-Heusler（HH）合金具有機(jī)械性強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、組成元素儲量豐富等優(yōu)點,是近年來被廣為研究的有應(yīng)用前景的高溫?zé)犭姴牧�。與P型MCoSb（M=Ti,Zr,Hf）和SiGe高溫合金相比,新型P型RFeSb（R=V,Nb,Ta）基HH合金表現(xiàn)出更好的熱電性能與價格優(yōu)勢。然而,該材料還存在晶格熱導(dǎo)率高、電聲輸運機(jī)制不明確以及熱電器件開發(fā)緩慢等問題。本文針對RFeSb基熱電合金展開系統(tǒng)研究,通過制備工藝與成分優(yōu)化改善材料的熱電性能,并通過Debye-Callaway模型和單拋物能帶模型對材料的熱輸運和電輸運機(jī)制分別進(jìn)行分析,同時對材料進(jìn)行放量制備并組裝了RFeSb基原型熱電器件。獲得的主要結(jié)論如下:1)成功制備了(Nb_1-xTa_x)_0.8Ti_0.2FeSb單相材料。NbFeSb和TaFeSb兩種化合物的價帶頂具有非常相近的能帶結(jié)構(gòu),故Nb/Ta合金化沒有明顯改變NbFeSb體系的態(tài)密度有效質(zhì)量。同時由于鑭系收縮效應(yīng),Nb和Ta之間共價半徑非常相近的,固溶后產(chǎn)生的合金散射勢很小,并不顯著散射載... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

(a)Seebeck效應(yīng)，(b)Peltier效應(yīng)和(c)Thomson效應(yīng)示意圖

思路已被應(yīng)用于許多材料體系中，并優(yōu)化了熱電性能[42-45]。此后，隨著相關(guān)理論的不斷完善與深入，各種新制備技術(shù)、表征技術(shù)的問世，許多非常有潛力的新型熱電材料不斷被開發(fā)出來，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]、氧化物熱電材料[61-63]、有機(jī)熱電材料[64-66]、單元素?zé)犭姴牧蟍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術(shù)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的Bi2Te3、PbTe和SiGe基化合物也在人們進(jìn)一步的研究下，性能獲得了大幅提升[72-74]。圖1.3展示了熱電優(yōu)值在過去大半個世紀(jì)中的發(fā)展過程，并重點列舉了2000年以來的重要進(jìn)展以及一些代表性的zT值。圖1.3熱電材料的發(fā)展歷程[15,75,76]。Figure1.3EvolutionofthemaximumzTvaluesforsometypicalTEmaterials.[15,75,76]

第一章緒論13一般按照熱電材料峰值zT所在的溫度區(qū)間，將目前已報道的熱電材料簡單劃分為低溫區(qū)、近室溫區(qū)、中溫區(qū)、高溫區(qū)幾大類。低溫區(qū)材料一般指工作溫度在300K以下的材料，主要用于固態(tài)制冷。此類材料較少，典型的有P型的CsBi4Te6[77]和N型的Bi1-xSbx合金[78]。工作在室溫至500K范圍的一般被歸類為近室溫區(qū)材料，其中包括目前商業(yè)化程度最高的(Bi,Sb)2(Te,Se)3基材料[72,79,80]以及一些近些年新興的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，其熱電性能優(yōu)異，價格低廉。相比于因含有大量Te元素而成本較高的(Bi,Sb)2(Te,Se)3基材料，表現(xiàn)出非常強(qiáng)的競爭力。中溫區(qū)材料則是指工作溫度在500K至900K之間的材料，包含方鈷礦[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以上的都被歸為高溫去材料，主要包括傳統(tǒng)的SiGe合金[28,92]以及新興的half-Heulser材料[93-95]。圖1.4展示了一些典型塊體熱電材料的zT值隨溫度的變化關(guān)系。圖1.4(a)典型P型塊體熱電材料的熱電性能[17,19,29,32,57,96-102]。(b)典型N型塊體熱電材料的熱電性能[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.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[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]快速凝固法制備ZrNiSn基Half-Heusler熱電材料的微結(jié)構(gòu)[J]. 蔚翠,朱鐵軍,肖凱,金吉,沈俊杰,楊勝輝,趙新兵.  無機(jī)材料學(xué)報. 2010(06)



本文編號：3601480