n型bilt2gttelt3gtbaltygtniltxgtcolt4xgtsblt12gt梯度热电材料的设计、制备及性能研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要本论文首先用固相反应分别制备了Ni。C04。SN2(x=0．1，0．2，0．4)和BayNi。C04。Sbl2(y=O，16～O．35，x=0．1～1．O)，用放电等离子烧结制成致密的块体材料。在对均质材料Bi2Te3和BayNi。C04。Sbl2热电传输特性研究的基础上，对梯度结构热电材料Bi2Te3／Bao35Nio1C039Sbl2的界面温度进行了优化，对梯度结构热电材料当中均质材料Bi2We3和Bao35NiolC039Sbl2的长度进行了优化设计。通过两步放电等离子烧结的方法制备出了梯度结构热电材料Bi2Te3／Bao35N

2、ioiC039Sbl2；研究了梯度结构n型Bi2Te3／Bao35NiolC039Sbl2热电材料的热电性能。获得的主要研究结果如下：1．对Ni。C04。Sbl2(X_0．1，O．2，0．4)的热电性能及传输性能进行优化，其中N¨c036sbl2试样在800K时性能优值zr值达到最大O．48。2．对BavNi。C04-xSbl2(y=0---0．4，x=0．1～1．O)的热电性能及传输性能进行优化，其中Bao35NiolC039Sbl2试样在800K时性能优值ZT值达到最大O．56。3．根据两种均质材料BizTe3和Bao35N沁C039Sbl2热电性能优值与温

3、度的关系，对梯度结构n-Bi2Te3／Bao35Ni01C039Sbl2热电材料界面温度进行了优化，得出梯度结构Bi2Te3／Bao3sNio1C039Sbl2热电材料最佳的界面温度约为630K。4．以两种均质材料Bi2Te3和Bao35Ni01C039Sbl2的导热特性为依据，对在宽温域内使用的梯度结构Bi2Te3／Bao35NiolC039Sbl2热电材料中均质材料的长度进行了理论设计，得出在300K-800K的温度范围内，均质材料Bi2Te3和Bao35NiolC039Sbt2最佳的长度比为5．5：10。5．在以Pd作为界面材料和不用界面材料的情况下，采用

4、两步放电等离子烧结方法制备出了梯度结构Bi2Te3／Ba035Ni01C039Sbl2热电材料。SEM的分析结果表明：n．Bi2Te3／Bao35Nio】C039Sbl2梯度结构在界面处结合良好，扩散现象不严重，而n．Bi2Te3／Pd／Bao35NioIC039Sbl2梯度结构在界面处结合不理想，说明所选界面材料不是最佳材料。6．建立模型计算了梯度结构n型Bi2Te3／Bao35N沁c039sbl2热电材料的内阻、平均Seebeck系数、输出功率等，结果表明：在较宽的温度范围内，相比较于均质材料Bi2Te3和Bao35Ni01C039Sbl2，梯度结构n型II

5、武汉理工大学硕士学位论文Bi2Te3／Bao35Ni。lC039Sbt2热电材料具有较高的平均Seebeck系数。在外界负载为0．1f2时，梯度结构热电材料的输出功率约为22mW，大约是均质材料Bao35NiolC039Sbl2在相同条件下功率输出12mW的1．8倍。关键词：梯度结构热电材料，设计，制备，输出功率Jl武汉理工大学硕士学位论文ABSTRACTInthispaper,firstly,filledskutteruditecompoundsBa。yNixC04．xSbl2arepreparedbysolidreaction．Thecompactblock

6、sareobtainedbySparklePlasmaSintering(SPS)．111ejunctiontemperatureofgradedBi2Te3／Bao35Ni0tC039Sbl2廿1ermoelectricmaterialwasoptimizedbasedonthethermoelectrictrallsDoftpropertiesofmonolithicmaterials，alsothelengthratioofmonolithicmaterialsBi2Te3andBao35Nio1C039Sbl2wereoptimizedintheoryw

7、hengradedmaterialswereusedinthetemperaturedifferencerangingfrom300Kto800K．Then—typegradedBi2Te3／13ao3sNi0iC039Sbl2thermoelectricmaterialWaspreparedbytWO—stepSPS，andthethermoelectricpropertiesofthen—typegradedBi2Te3／Ba035NiolC039Sbl2thermoelectricmaterialwereinvestigated．Someconclusio

8、nshavebeendr