TiO2-Zn4Sb3复合热电材料的制备及其性能研究.pdf

华东理工大学 硕士学位论文 第 I页 TiO2/ β-Zn4 Sb3 复合热电材料的制备及其性能研究 摘要 热电材料是一种能够实现热能和电能相互耦合与转换的功能材料，在废热发电、开 发无污染制冷系统等领域有着重要的应用。 β-Zn4 3 Sb 化合物是一种非常具有前景的中温 热电材料，但由于其本身是重掺杂半导体，故通过掺杂引起的微结构和能带的变化很难 有效提高热电性能。添加第二相化合物形成复合材料可以降低材料的热导率，从而提高 ZT 值。 本文采用熔融缓冷的方法制备单相 β-Zn 4Sb3 化合物，分别通过机械混合和化学水解 的方法制备了一系列不同 TiO TiO / β-ZnSb (SPS) 2 含量的 2 4 3 复合粉末，通过放电等离子烧结 手段获得了成型良好的块体材料。主要研究内容和结果如下： 4 3 1. 以高纯锌粉和锑粉为原料， 按照化学计量比 Zn 过量 1.2at%，得到 β-ZnSb 和 ZnSb 两相混合物， Zn 过量 2.5at%时反应得到单相 β-Zn4 3 Sb 。继续增加 Zn 的含量后，产物中 出现了单质 Zn 。 2. 分别采用机械混合法和化学水解法制备获得 TiO2/ β-Zn4 Sb3 复合粉末，经 SPS烧 结成型后，致密度分别达到 95% 以上和 90% 以上。随着 TiO 2 含量的增加，复合材料的 电导率下降、 Seebeck系数增加、热导率降低。 3. 作为一种异质结构， TiO2 的引入降低了载流子的迁移率，有助于提高复合材料 的 Seebeck系数，降低材料的电导率；随着 TiO 2 含量的增加，材料内部对声子和载流子 的散射作用不断增强，从而显著降低了复合材料的热导率。在实验范围内， TiO2 第二相 含量为 7%(化学法 )和 5%(机械法 )的复合块体材料在 360oC 左右时的 ZT 值达 0.68 和 0.71， 比单相 β-ZnSb 19% 25% 4 3 提高了 和 。 关键词： 热电材料； β-Zn 4Sb3 ；放电等离子烧结； 第 II 页 华东理工大学 硕士学位论文 PreparationandThermoelectric Propertiesof TiO2/ β-Zn4 Sb3 Composite Abstract Thermoelectric materials can realize coupling and direct conversion between heat and electric energy, which have been used in power generation and environmental friendly refrigeration system. β-ZnSb is one of the promising thermoel