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简谈烧结CaZn_2Sb_2型Zintl相热电材料制备工艺和热电性能

收藏本文 2024-01-15 点赞:23103 浏览:99375 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:Zintl相CaZn_2Sb_2化合物是一种很有潜力的热电材料,相较于其他材料,它具有高的Seebeck系数以及高的电导率。而这两个是决定化合物由热能向电能转化能力的重要参数。而且,由于其简单的结构,通过掺杂和取代又可以降低其热导率。本论文通过对温度,时间以及压力的制约,运用高压烧结(HPS)结合放电等离子烧结(SPS)的策略对Ca块,Zn粉和Sb粉的按1:2:2计量比混合物进行烧结,并结合X射线衍射与扫描电镜浅析手段,探讨出了制备CaZn_2Sb_2块体材料的工艺:第一步950℃高压烧结30min,第二步850℃高压烧结3h,压力4GPa,再将烧结后的块体研磨进行650℃放电等离子烧结30min。第二步高压烧结温度(680℃,850℃,900℃)的样品的各项热电参数表明:(1)高压烧结可以转变材料的电性能,(2)高压烧结对转变材料的晶格热导率效果不大。放电等离子烧结下的样品平行于压力轴和垂直于压力轴方向的热电参数进行比较,可知SPS单向压力烧结CaZn_2Sb_2电阻率具有显著的取向性,Seebeck系数和热导率具有微弱的取向性,垂直于压力轴方向ZT值在整个温度区间都高于平行压力轴方向的ZT值。通过比较传统熔炼策略和高压烧结结合放电等离子烧结的策略所制备的CaZn_2Sb_2块体材料的各项性能参数,制备的材料ZT值在740℃左右时达到最高值0.54,尽管传统熔炼策略制备的材料的ZT值最高可达到0.56,这种制备策略已将制备周期由传统的7-8天降至5个小时以内,并能保证了CaZn_2Sb_2材料在中温区良好的运用。关键词:热电材料论文Zintl相论文高压烧结论文放电等离子烧结论文CaZn_2Sb_2论文

    摘要5-6

    Abstract6-9

    第1章 绪论9-21

    1.1 选题背景及作用9-10

    1.2 热电效应及其运用10-13

    1.2.1 Seebeck 效应10-11

    1.2.2 Peltier 效应11

    1.2.3 Thomson 效应11-12

    1.2.4 热电材料的运用12-13

    1.3 热电材料的性能表征13-15

    1.3.1 Seebeck 系数13-14

    1.3.2 电导率14

    1.3.3 热导率14-15

    1.4 Zintl 相热电材料的探讨近况15-18

    1.4.1 Zintl 相热电材料的种类及其进展16-18

    1.4.2 AT_2M_2型 Zintl 相热电化合物的晶体结构18

    1.5 本论文选题目的和探讨内容18-21

    第2章 实验设备和制备策略21-33

    2.1 制备 CaZn_2Sb_2块体材料主要设备及制备策略21-27

    2.1.1 制备 CaZn_2Sb_2块体材料主要设备21-24

    2.1.2 CaZn_2Sb_2块体材料的制备策略24-27

    2.2 CaZn_2Sb_2热电材料的结构表征27-28

    2.2.1 物相组成浅析27-28

    2.2.2 显微结构浅析28

    2.3 CaZn_2Sb_2性能测试的设备与原理28-32

    2.3.1 CaZn_2Sb_2密度测试28-29

    2.3.2 Seebeck 系数测试29-30

    2.3.3 电导率测试30-31

    2.3.4 热导率测量31-32

    2.4 本章小结32-33

    第3章 CaZn_2Sb_2块体材料的制备工艺33-47

    3.1 CaZn_2Sb_2块体材料的制备工艺探讨33-36

    3.1.1 传统熔炼策略制备单相 CaZn_2Sb_2材料介绍33-34

    3.1.2 高压烧结制备 CaZn_2Sb_2块体材料的工艺34-36

    3.2 CaZn_2Sb_2块体材料的结构表征与实验改善36-41

    3.2.1 高压烧结温度对结构的影响36-40

    3.2.2 高压烧结的压力对结构的影响40-41

    3.2.3 高压烧结实验与论述 X 射线衍射图比较浅析41

    3.3 等离子烧结 SPS 对 CaZn_2Sb_2块体材料结构的影响41-42

    3.4 CaZn_2Sb_2块体材料的显微结构浅析42-46

    3.5 本章小结46-47

    第4章 CaZn_2Sb_2块体材料热电性能的探讨47-61

    4.1 CaZn_2Sb_2块体材料热电性能测试与浅析47-54

    4.1.1 电阻率47-48

    4.1.2 Seebeck 系数48-49

    4.1.3 功率因子49-50

    4.1.4 热扩散系数50-51

    4.1.5 热导率51-53

    4.1.6 ZT 值53-54

    4.2 放电等离子体烧结 CaZn_2Sb_2块体材料的的各向异性54-57

    4.3 熔炼制备与高压烧结制备 CaZn_2Sb_2块体材料的性能比较57-60

    4.4 本章小结60-61

    结论61-63

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