Bi100-xSbx合金低温热电性能研究.pdf

第35卷 第11期 稀有金属材料与工程 Vr01．35．NO．1l 2006年 11月 RARE November2006 METALMATERIALSANDENGINEERING Biloo咣Sbx合金低温热电性能研究 刘华军1”，李来风1，曲文生3，师昌绪3 (1．中国科学院理化技术研究所，北京1000801 (2．中国科学院研究生院，北京1000391 (3．中国科学院金属研究所，辽宁沈阳1100161 摘 K经过500 要：采用熔融法制备Bil00_，S坟热电材料，并在550 h的恒温加热。用SEM分析了材料的微观形貌，在 80 K～300 K温度范围内测试了材料的电阻率、seebeck系数、热导率随温度的变化，讨论了材料优质系数随温度的变化 关系。工=13的样品在80K优质系数达到4．3×lO。3K～。 关键词：热电制冷：优质系数；seebeck系数；Bi—sb合金 146．4 文献标识码：A 中图法分类号：TG 文章编号：1002—185x(2006)1l一1838．03 Bi～Sb合金处在横向磁场区域中时，由于温差电动势 1 引 言 率能够增大，优值系数可得到显著提高。 热电制冷是利用物理现象中的珀而帖效应，靠电 2 实验方法 子(或Kr空穴)在运动中直接传递热量来实现。通 常用优值参数z来描述热电制冷的能力，Z_矿矾，a 实验所用的2种原料Bi和Sb的纯度均为 为Seebeck系数，盯为材料的电导率，A为材料的热导 率…。结合使用温度，变成无量纲因子zLZ丁值越大， 称好后，放入石英玻璃管中，再将玻璃管抽真空(10。 制冷能力越强。热电制冷器件由P型和N型半导体材 Pa)后密封，将密封的样品放入炉中加热到1123K使 料组成热电对，通电后产生热效应，一面为冷端(吸 样品融化8h，熔融后的样品在550K温度下恒温500 热)，一面为热端(放热)。显然，这种制冷方式较气 h，再将样品自然降温到常温。通过sEM分析了材料 der 体制冷方式有很多优点，主要表现在不使用制冷剂， 的微观形貌。电阻率测量利用van Pauw方法，电 故无泄漏、污染问题；无机械传动部分，故无噪声， 流设定为30mA。为了消除由电流引起温差电势的影 寿命长，可微型化。但缺点也很明显，主要是制冷效 响，应在测量前打开恒流源，测量后将电流源关闭。 率低。 K～150 无掺杂Bi—Sb合金是目前在50 K温度范 大小为3K。热导率采用稳态法测量。根据测量的结 围内优值系数最高的半导体制冷材料【2~4】。其晶体结构 果通过公式z兰6c2矾计算出材料的优质系数。 为斜方六面体，属于Rim空间群，Bi—sb合金的性能 3结果及讨论 与材料中锑的含量有关。Sb的含量小于7％或大于22 ％，表现为半金属行为。当Sb的含量介于这2个数之 间时，为半导体材料。其能隙随着Sb含量在变化，当 料具有斜方六面体结构，在晶格中为层状结构，相邻 sb的含量为15％时，其能隙约为0．03meV[41。Sb的