《面向汽車尾氣與工業廢熱利用的熱電材料與器件的研究》是江莞、黃向陽、陳立東於2012年1月8日編制的科技報告。
基本介紹
- 中文名：面向汽車尾氣與工業廢熱利用的熱電材料與器件的研究
- 作者：江莞、黃向陽、陳立東
- 編制時間：2012年1月8日
- 報告類型：最終報告
內容摘要
本研究提供了一種稀土元素雙填的新穎的高熱電性能的P型複合方鈷礦材料及其製備方法，該P型材料相比傳統方鈷礦P型熱電材料而言，材料的功率因子明顯提升，總熱導率大幅下降，熱電性能指數ZT值在使用溫區範圍內提高10%以上。本研究成果還提供了一種通過摻雜實現空穴補償的高性能填充方鈷礦熱電材料及其製備方法，其特徵在於在填充方鈷礦基體材料的框架上，使用電子數較少的過渡金屬元素來摻雜，引入空穴補償來提高填充原子填充量並最佳化能帶結構。材料中p型方鈷礦相比無空穴補償的p型方鈷礦而言，填充量明顯上升，塞貝克係數有明顯增加，熱導也有一定程度降低，熱電性能指數ZT值最高提高13%以上。 材料的理論熱電轉換效率提高約9%，且工藝可控、產業化前景好。 本研究還研製了一種具有優異熱電性能的填充方鈷礦基納米複合材料及其製備方法。該材料的組成式為IyCo4Sb12/z at.%GaSb or TiO2 or Yb2O3，I至少為Yb、Eu、Ce、La、Nd、La、Ba、Sr中的一種，0.05≤y≤1，0.1≤z≤5。其顯微結構特徵在於填充方鈷礦熱電材料基體內均勻分散有原位析出的第二相納米粒子，納米第二相的晶粒尺寸為1～100 nm。其性能特徵在於相比未複合納米相的熱電材料基體而言，材料的Seebeck係數大幅度提高，總熱導率略有下降，熱電性能指數ZT值在高低溫整個溫區範圍內得到大幅提高，由此組裝而成的熱電轉換器件的發電效率也得到較大改進。 本研究涉及多層塗層結構的方鈷礦熱電材料及其元件的製備方法。材料的組成式為SKD/M/MOx，具有同芯多層包覆結構，即在方鈷礦SKD材料表面包覆一層或多層金屬M層，在M層表面包覆一層或多層氧化物NOx層。包覆層的作用在於抑制SKD中Sb的揮發和SKD材料的氧化。本成果作為一種CoSb3基方鈷礦同芯多層材料的製備方法可以有效地阻止材料中Sb的高溫揮發和SKD的氧化，高溫老化結果顯示具有包覆層pai型元件的轉換效率1000小時高溫老化試驗後仍然基本保持不變，而無包覆層的相同pai形元件的轉換效率1000小時老化後降低70％。本發明成果顯著地提高了CoSb3基方鈷礦材料及其器件的耐久性，使其作為實用的熱電材料與器件在室溫～600C範圍內可以長期工作。
