p型填充式纳米方钴矿化合物的制备及热电性能的研究

【摘要】：填充式Skutterudite化合物由于在中温领域(600K～800K)具有很高的载流子迁移率μ和较高的Seebeck系数α而引起了人们的广泛关注;但其热导率κ较高,因而通过降低品格热导率κ_L,提高热电性能指数已成为研究的热点。本研究拟通过结构纳米化来降低热导率,提高材料的Seebeck系数,进而改善材料的热电性能。 本研究通过两步固相反应法合成了平均晶粒尺寸约为3μm单相Ba填充Fe置换的p型Ba_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物粉末,采用高能球磨法制备纳米Ba_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物粉体,研究了球磨参数(球料比、转速和时间)对粉体颗粒尺寸大小的影响。在适当的工艺参数条件下制备出平均颗粒尺寸约为100nm左右的粉体。 以Ba_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)纳米粉体为起始原料,采用放电等离子快速烧结(SPS)法制备Ba_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)纳米晶块体材料,研究了烧结温度和烧结时间对烧结体平均晶粒尺寸大小的影响。结果表明:随着烧结温度的增加和烧结时间的延长,烧结体的平均晶粒尺寸有明显长大。当烧结温度为550℃,烧结时间5min时,得到了平均晶粒尺寸为150nm的Ba_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)块体材料。 通过对一系列平均晶粒尺寸不同的Ba_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物的热导率、电导率和Seebeck系数的测量,讨论了结构纳米化对热导率、电导率和Seebeck系数的影响,结果表明:纳米化对Ba_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物的Seebeck系数影响较大,Seebeck系数α有某种程度的下降,品格热导率κ_L的变化是第二相和平均晶粒尺寸共同作用的结果,电导率σ变化幅度不大。因此,纳米化对Ba_yFe_xCo_(4-x)Sb_(12)化合物的热电性能指数ZT值影响较大。