塊體熱電材料的熱變形誘導再結晶與性能最佳化

《塊體熱電材料的熱變形誘導再結晶與性能最佳化》是依託浙江大學，由趙新兵擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：塊體熱電材料的熱變形誘導再結晶與性能最佳化
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：趙新兵
• 項目類別：面上項目

項目摘要

結構納米化是提高塊體熱電材料性能的最有效途徑之一。發展熱電性能空間分布均一的千克級納米結構塊體熱電材料可控制備技術是實現熱電材料規模化套用的關鍵性需求和挑戰。熱變形誘導再結晶（HDIR）是一種不依賴於固態相變、具有可放大套用潛力的塊體熱電材料原位納米化製備新技術。本項目選擇分別具有典型晶體結構的碲化鉍基合金和鎂矽基合金熱電材料，通過對百克級至千克級大塊體材料在HDIR過程中的微結構形成演變規律、變形應力和微結構空間分布特徵及其對熱電性能影響的系統研究，闡明金屬間化合物熱電材料的熱變形行為和10納米級微結構形成機制，揭示HDIR處理對納米結構大塊體材料中合金元素在界面處的分布特徵以及對有效載流子濃度的影響，探索通過HDIR處理實現大塊體熱電材料中電聲輸運協同調控和熱電性能突破的途徑，並在此基礎上發展具有局部性能分布均一的高性能千克級大塊體納米結構熱電材料可控制備技術。

結題摘要

本項目重點圍繞具有典型準層狀晶體結構和強烈各向異性的碲化鉍基熱電材料研究塊體熱電材料在熱變形處理過程中的微觀組織結構以及對電聲輸運行為的影響規律。項目從理論和實驗上深入研究了材料熱變形處理過程中，從巨觀尺度的織構、微米納米尺度的晶粒組織到原子尺度的晶格扭曲、位錯和點缺陷的多尺度微觀組織結構形成演變規律，以及它們對載流子和聲子輸運的影響作用。本項目研究發現，這種多尺度微結構源於熱變形過程中的本徵點缺陷重構，位錯等晶體缺陷的快速增殖及其誘導的動態再結晶。本項目研究闡明了碲化鉍基等典型熱電材料的熱變形誘導動態再結晶機制，發展了微米/納米複合結構的塊體熱電材料的可控制備技術，實現了熱電材料性能的顯著提高；揭示了熱變形過程對材料中點缺陷的影響規律，發展了通過熱變形處理調控載流子濃度和材料熱電性能峰值溫度的新技術。本項目通過系統研究典型金屬間化合物熱電材料中的本徵點缺陷，提出並套用點缺陷工程新方法，有效提高了多種熱電材料的性能。本項目發表標註SCI論文19篇，其中包括：Adv Mater子刊5篇、NPG Asia Mater論文2篇、Adv Sci論文1篇、J Mater Chem系列3篇、Acta Mater論文2篇。截止2016年12月30日，本項目發表的標註論文已被SCI論文他引367次，最高單篇論文他引55次。本項目有關熱變形技術和點缺陷工程概念等方面的研究成果已引起本領域同行廣發關注，並被套用於多種熱電材料體系。本項目已全面完成項目研究目標。