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热电材料的制备与性能研究报告

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热电材料的制备与性能研究报告

标题：热电材料的制备与性能研究报告

摘要：

本研究报告旨在探讨热电材料的制备方法及其性能研究。首先介绍了热电材料的定义和应用领域，然后详细讨论了热电材料的制备方法，包括传统制备方法和新兴的先进制备技术。接着，我们对热电材料的性能进行了研究，包括热电转换效率、热电功率因子和热电稳定性等方面的评估。最后，我们总结了当前热电材料研究的进展和挑战，并展望了未来的发展方向。

1. 热电材料的定义和应用领域

热电材料是指能够将热能转化为电能或将电能转化为热能的材料。热电效应是指在温度差异作用下，材料内部会产生电势差，从而产生电流。热电材料的应用领域广泛，包括能源回收、温度传感器、制冷和供电等方面。

2. 热电材料的制备方法

2.1 传统制备方法

传统制备方法包括固相反应法、溶液法、气相沉积法等。固相反应法是最常用的制备方法之一，通过高温反应将不同材料混合，形成热电材料。溶液法则是将材料溶解在溶液中，通过溶剂挥发或沉淀法制备热电材料。气相沉积法则是通过气相反应在基底上沉积材料。

2.2 先进制备技术

近年来，随着纳米技术和材料科学的发展，一些先进制备技术被应用于热电材料的制备。这些技术包括熔体法、溶胶-凝胶法、分子束外延法等。熔体法是将材料加热至熔点，然后快速冷却，形成非晶态或纳米晶态材料。溶胶-凝胶法则是通过溶胶和凝胶的形成，形成纳米级的热电材料。分子束外延法则是通过分子束沉积技术在基底上逐层生长材料。

3. 热电材料的性能研究

热电材料的性能评估主要包括热电转换效率、热电功率因子和热电稳定性等方面。热电转换效率是指热能转化为电能的效率，可以通过测量材料的热电效应和电导率来评估。热电功率因子是指单位温度差下的热电能力，可以通过测量材料的电导率和Seebeck系数来计算。热电稳定性则是指材料在高温或长时间工作条件下的稳定性能。

4. 热电材料研究的进展和挑战

当前，热电材料的研究取得了一些重要进展，包括新型材料的发现、制备方法的改进以及性能的提升。然而，仍然存在一些挑战，如提高热电转换效率、改善材料的稳定性和降低制备成本等。因此，未来的研究方向应着重于开发更高效的热电材料、探索新的制备方法，并深入理解热电材料的物理机制。

结论：

本研究报告系统地介绍了热电材料的制备方法和性能研究。热电材料作为一种能够将热能转化为电能的材料，在能源回收和供电等领域具有广泛的应用前景。通过不断改进制备方法和提高性能，热电材料的研究将为可持续能源的发展做出重要贡献。未来的研究应重点关注提高热电转换效率和稳定性，以及探索新的制备方法和热电材料的物理机制。

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N型CaMnO3热电材料的制备及性能研究

N型CaMnO3热电材料的制备及性能研究

建材世界　２０１４年第３５卷第２期　

ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—６０６６．２０１４．０２．００１　

Ｎ型ＣａＭｎＯ３热电材料的制备及性能研究　

李利娟　

（闽西职业技术学院，龙岩３６４０００）　

摘　要：　该文通过实验研究了采用自燃法并在不同的温度下煅烧试样合成Ｃａ１一　ＳｍｘＭｎＯ３　一０～０．０６）粉末的　工艺，以及在Ｃａ位上掺杂不同含量的Ｓｍ元素对材料性能的影响。自燃法结合球磨工艺可以制得平均粒径在２　ｍ　左右的Ｃａ１－ｚ　ＭｎＯ。（ｘ－－Ｏ￣Ｏ．０６）超细粉末。Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）分析表明自燃法可以合成物相单一的Ｃａ１一　Ｓｆ　ＭｎＯ。　—Ｏ～Ｏ．０６）粉末材料。在ＣａＭｎＯ３热电材料的Ｃａ位上掺杂Ｓｍ元素降低了材料的Ｓｅｅｂｅｃｋ系数，但同时也　降低了材料的电阻率，而电导率增加幅度高于Ｓｅｅｂｅｃｋ系数的降低幅度，故而总体上Ｃａ１－ｘＳｍ￣ＭｎＯｓ（　—Ｏ～０．０６）热　电陶瓷材料的功率因子也增大了，从而有望使材料达到较高的热电优值，具有一定的商业应用价值。　关键词：　热电材料；Ｎ型；ＣａＭｎＯ３；　自燃法　

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｎ－ｔｙｐｅ　ＣａＭｎＯｓ　Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　

ＬｊＬ　－ｊ彻　（Ｍｉｎｘ］Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｌｏｎｇｙａｎ　３６４０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｏｘｉｄｅ　Ｃａ卜　ＳｍｘＭｎＯ３（　—Ｏ～Ｏ．０６）ｐｏｗｄｅｒ　ｗａｓ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｂｙ　ａｕｔｏ－ｉｇｎｉ—　ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣａＭｎＯｓ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｗｅ　ａｌｓｏ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃ—　ｔｒｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ　Ｏｉｌ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｍ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｉｎｔｏ　Ｃａ　ｓｉｔｅ．Ｔｈｅ　Ｃａ１一　ＳｍｘＭｎ０３（ｚ一０～Ｏ．０６）ｕｌｔｒａ　ｆｉｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｗｉｔｈ　ｍｅａｎ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｓｉｚｅ　ｏｆ　ａｂｏｕｔ　２／．ｔｍ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ　ｂｙ　ａｕｔｏ－ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈａｌｌ　ｍｉｌｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｘ－ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　Ｃａ卜。Ｓｍ￣ＭｎＯ３　ｈａｓ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ａｕｔｏ－ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｅｄ　ｉｍ—　ｐｕｒｉｔｙ．Ｔｈｅ　Ｃａ－ｓｉｔｅ　ｏｆ　ＣａＭｎＯ３　ｄｏｐｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｓｍ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　Ｓｅｅｂｅｃｋ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｃｏｎ－　ｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｗａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｆａｃｔｏｒ　ｏｆ　Ｃａ１一　ｓＩ　ＭｎＯ３　ＴＥ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｗａｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｔｈｅ　ＴＥ　ｍｅｒｉｔ　ｏｆ　Ｃａ１一。Ｓｍｘ　ＭｎＯ３　ｍａｙ　ｃｏｍｅ　ｔｏ　ａ　ｈｉｇｈ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｈａｖｅ　ｓｏｍｅ　ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ；Ｎ－ｔｙｐｅ；ＣａＭｎＯ３；ａｕｔｏ－ｉｇｎｉｔｉｏｎ　

无钴p型方钴矿热电材料的制备及热电性能研究

无钴p型方钴矿热电材料的制备及热电性能研究

文章编号:1001-9731(2020)04-04023-05

无钴p型方钴矿热电材料的制备及热电性能研究*

秦丹丹,李春鹤,蔡 伟,隋解和

(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)

摘 要: 采用熔体旋甩结合热压烧结技术,制备了无钴p型方钴矿热电材料。利用X射线衍射仪以及扫描电子

显微镜对其组织结构进行分析,并对烧结后的样品进行热电性能研究。结果表明,Fe和Ni可有效地取代Co,获

得纯的方钴矿相。另外,即使无钴样品的高温ZT值略低于参比样品,但功率因子及低温ZT值基本相当,这对

节约Co这一战略资源以及实现产业化应用具有重要的意义。

关键词: 热电材料;填充方钴矿;熔体旋甩;热电性能

中图分类号: TN304文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2020.04.005

0 引 言

热电材料是一种可以利用其内部载流子的定向移

动而实现热能和电能直接相互转换的功能材料,因此,

近年来受到国内外的广泛关注[1-4]。CoSb3基方钴矿

热电材料由于对环境友好,机械性能高等优点,是最具

发展潜力的中温热电材料之一[5-10]。研究表明,填充

方钴矿即将稀土、碱土、碱金属等原子填充到方钴矿晶

体的独特孔洞内,可实现“声子玻璃-电子晶体”的特

性[11-16]。一方面,填充原子与周围的原子形成较弱的

作用力,利用其在晶格中的扰动对声子产生强烈的散

射作用,从而大幅度地降低晶格热导率。另一方面,填

充原子作为施主掺杂,通过调节掺杂量有效地调控体

系中的载流子浓度,进而优化材料的电性能。另外,填

充不同振动频率的原子将有效地散射对应频率的声

子,进一步降低材料的晶格热导率,进而提高热电性

能。据报道,三填充和超顺磁纳米粒子复合的n型方

钴矿的ZT值已达到1.7和1.8的水平[8,11]。然而,p

型填充方钴矿的ZT值仍维持在1.0左右,远低于n

型填充方钴矿[15,17-19]。由于热电器件同时需要性能优

异的p型及n型材料,因此,研发高性能p型方钴矿热

三元镁基热电材料的性能及制备方法

三元镁基热电材料的性能及制备方法

三元镁基热电材料的性能及制备方法／杜大伟等305

三元镁基热电材料的性能及制备方法。

杜大伟，王昊，宋仁伯，刘娜娜

(北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083)

摘要掺杂是一种提高热电材料性能的常用方法，通过掺杂得到的三元镁基热电材料具有更好的综合性能。

概述了三元镁基热电材料的性能、常用制备方法，介绍了几种常见的三元镁基热电材料。

关键词三元镁基热电材料制备掺杂M92Sil--xGexM92Sil--xs吣

PropertiesandPreparationofTernaryMg-basedThermoelectricMaterials

DUDawei，WANGHaO，SONGRenbo，LIUNana

(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083)

AbstractDopingisacommonlyusedmethodimprovingpropertiesofthermoelectricmaterials．TernaryMg—

basedthermoelectricmaterialsmadebydopinghavebettercomprehensiveproperties．Thepapersummarizestheper—formanceandpreparationoftheternaryMg-basedthermoelectricmaterials，andintroducesseveralkindsofcommon

ternaryMg—basedthermoelectricmaterials．

KeywordsternaryMg—basedthermoelectricmaterials，preparation，doping，M92Sil一，G％，M92Si卜。札

镁基热电材料是适用于450～800K的中温区热电材料。

碳材料热电性能研究取得进展

碳材料热电性能研究取得进展

Ｍｏｄｅｍ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　现代经济信息　

碳材料热电性能　

研究取得进展　

热电材料利用Ｓｅｅｂｅｃｋ效应和Ｐｅｌｔｉｅｒ效应可实现热能　

和电能直接相互转换，具有无噪音、无污染、可靠性高　

和使用寿命长等优点，在汽车尾气废热、工业余热和太　阳能发电以及特殊制冷等领域具有广泛的应用前景。热　

电材料的转换效率由无量纲的热电优值ＺＴ（＝ｓ　盯Ｔ／Ｋ）　来表征，其中Ｓ和。是材料的Ｓｅｅｂｅｃｋ系数和电导率，　

Ｔ为绝对温度，Ｋ为热导率，Ｓ　ｏ称为功率因子。高ＺＴ值　的热电材料需要具备高Ｓｅｅｂｅｃｋ系数，高电导率以及低热　

导率（包括电子热导率１４，ｅ和晶格热导率Ｋ　ｐｈ）。　近年来，实验上已经成功合成了碳纳米管、碳纳米　

线和石墨烯等碳基材料。相比于传统材料，碳材料具有　环境相容性好、碳源丰富且便于批量生产等优点。碳纳　

米管以其独特的结构和力学、电学和热学等性质引起了　

研究人员的广泛关注。在具有优异导电性能的同时，碳　纳米管的热导率也非常高，这极大地限制了在热电方面　

的应用。据报道，人们尝试将碳纳米管制备成三维碳材　料，试图通过管间的强相互作用降低其过高的热导率从　

而提高其ＺＴ值。然而，在这些三维碳材料中，碳纳米管　

的结构发生了显著的扭曲，其电学『生能显著降低。　中国科学院宁波材料技术与工程研究所结合了第一　

性原理计算、玻尔兹曼输运理论和分子动力学模拟研究　了一种三维杂化的有序碳纳米网络结构的热电输运性　

能。研究发现，这种有序的网络结构的能带结构类似于　碳纳米管，在平行管径方向能带色散明显，而在垂直管　

径方向基本没有色散，这种能带决定了网络结构的电学　性能接近于碳纳米管，并运用玻尔兹曼输运理论计算验　

证了这种推测。在合适的掺杂条件下，碳网络结构可以　

表现出较高的Ｓｅｅｂｅｃｋ系数和适中的电导率，功率因子可　以优化到较高水平。　

在热导率方面，分子动力学模拟表明管间的成键作　用使得碳网络结构的热导率比碳纳米管至少降低了一个