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β-FeSi_2基热电材料电学性能研究

李伟文  
【摘要】: 采用快速凝固、悬浮熔炼、粉末冶金等方法制备了β-FeSi_2基热电材料,通过测试电学性能、XRD、SEM等手段,研究了β-FeSi_2基热电材料的电学性能和相变情况,讨论进一步提高β-FeSi_2基合金热电性能的可能性。 对于提高β-FeSi_2基热电材料电学性能的研究表明,Co是较好的n型掺杂剂,而Mn是较好的p型掺杂剂。在各种掺杂配比中,0.67at.%的Co掺杂和2.67at.%的Mn掺杂样品,分别达到各掺杂剂下的最大功率因子,相对于未经掺杂的β-FeSi_2有较大的提高。 对Fe_(1-x)Sm_xSi_2的研究表明,Sm在FeSi_2基热电材料中是以SmSi_2金属相存在,随着Sm量的增加,β-FeSi_2基材料由p型向n型转化,并在含Sm量为13.3at.%时其功率因子达到最大值,为β-FeSi_2的5倍以上。对含Sm的二元金属掺杂研究可以看出,材料的电阻率是由掺入的总原子数决定的。 轻元素(如N、C)的掺杂可以提高β-FeSi_2基热电材料的α值,而对电阻率的影响很小。Ge的掺入,在提高p型β-FeSi_2基热电材料的α值同时还降低了ρ值,是较佳的一种掺杂剂,其功率因子可达β-FeSi_2的10倍以上。 快凝热压法通过细化晶粒使β-FeSi_2基热电材料的电学性能得以大幅度提高,并缩短退火时间。但Sm的存在会使FeSi_2基中生成β相的时间延长。


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