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應(yīng)用案例 | 方鈷礦熱電性能研究

時間:2021-3-2 閱讀:1656
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四方晶型方鈷礦材料(Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)3因其高的電子遷移率以及塞貝克系數(shù),很有潛力成為具有較高ZT值的高性能熱電材料。這類材料中,未填充的CoSb3基方鈷礦由于固有的高熱導(dǎo)率會降低ZT值,往往不被看好。然而,這類材料內(nèi)部往往包含一些空穴,我們可以利用這些空穴,將一些低配位的離子(一般來說是稀土離子)插入。從而在材料內(nèi)部產(chǎn)生一些晶格聲子散射源來改變材料熱導(dǎo)率,在不降低材料電導(dǎo)率的同時來降低熱導(dǎo)率。這就使得這類材料表現(xiàn)得像PGEC(聲子玻璃,電子晶體)。這種想法的提出是為了提升材料的ZT值,途徑分為兩部分:負(fù)責(zé)熱導(dǎo)的聲子部分需要表現(xiàn)得跟玻璃類似(高的聲子散射率——降低熱導(dǎo)率),而負(fù)責(zé)電導(dǎo)的電子部分則需要表現(xiàn)得與晶體類似(很低的散射率——維持高的電導(dǎo)率)。

 

La0.9CoFe3Sb12晶格熱導(dǎo)率以及熱電ZT值


我們研究了550°C以內(nèi),引入納米粒子層到La0.9CoFe3Sb12對其熱導(dǎo)率的影響。計算熱導(dǎo)率時所用的比熱容是由DSC 404F1 Pegasus測得。用Wiedemann-Franz關(guān)系計算了電子熱導(dǎo)率,并用總熱導(dǎo)率與其相減,得到了晶格熱導(dǎo)率。

在452°C時,材料ZT值達(dá)到峰值,并且,在摻有5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的納米復(fù)合材料時,材料的ZT值得到大的提升,比沒有摻雜的對照樣提升了15%左右。結(jié)果表明,納米復(fù)合材料的引入,能夠優(yōu)化方鈷礦類熱電材料,在一個較寬的溫度范圍內(nèi),降低熱導(dǎo)率,提升ZT值。
 

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