Mg或Sm元素掺杂对Se替代PbTe、GeTe及其合金的热电性能优化研究
Pb Te、Ge Te是性能较好的中温热电材料,在发电领域有广泛的应用前景,在节能减排、低碳环保方面具有重要的意义.Se替代Pb Te-Ge Te合金中的Te后,能够增加Pb在Ge Te中的固溶度并提高材料的热电性能.本工作采用熔炼、热处理、淬火及放电等离子烧结(SPS)等工艺制备了Pb0.98-xMgxNa0.02Te0.5Se0.5、Ge1-xMgxTe0.7Se0.3及Ge0.75Pb0.2Sm0.03Te1-xSex三个系列合金样品,以进一步探究Mg及Sm元素掺杂对Se替代的Pb Te、Ge Te及Pb Te-Ge Te合金的物相、微观组织及热电性能的影响规律,优化它们的热电性能..对Pb0.98-xMgxNa0.02Te0.5Se0.5(x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)系列合金的研究表明:Se的替代增加了Mg的固溶度;合金的电阻率及Seebeck系数随Mg含量的增加先增大后减小,在x=0.06处达到最大值,而其热导率随Mg含量的增加先降低后升高,在x=0.04处达到最小值;最终,Mg掺杂量为x=0.04的合金样品在673 K时获得最高ZT值1.0,比未掺杂Mg合金在相同温度下的0.88高出13.6%.对Ge1-xMgxTe0.7Se0.3(x=0.04,0.07,0.10,0.12)系列合金的研究表明:Mg以析出Mg Se第二相形式存在,较少固溶进合金中;随着Mg含量的增加,合金电阻率增大,Seebeck系数变化不大,但热导率降低较多,最终,Mg掺杂量为0.12的合金样品在673K时获得最大热电优值0.60,比纯Ge Te在相同温度下的0.51高17%.对Ge0.75Pb0.2Sm0.03Te1-xSex(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6)系列合金的研究表明:Se的替代增加了Pb在Ge Te固溶体中的固溶度;稀土元素Sm掺杂细化了调幅分解组织;随着Se含量的增加,合金电阻率上升,Seebeck系数也增加,并且热导率显著降低,最终,Se替代量x=0.5的合金具有最低的热导率0.78 W m-1 K-1(723 K)及最高热电优值ZT=1.5,比x=0的0.99高出51%.
- 作者：
- 汪彩艳
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 专业名称：
- 材料物理与化学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 李均钦
- 中图分类号：
- TB34
- 关键词：
- Pb Te；Ge Te；元素掺杂；Se替代；热电性能
- PbTe； GeTe； Element doping； Se-substitution； Thermoelectric properties