《Skutterudite/AgSbTe2系納米複合熱電材料研究》是依託華中科技大學，由彭江英擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Skutterudite/AgSbTe2系納米複合熱電材料研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：彭江英
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
納米複合熱電材料因在材料中引入納米結構，改變了材料的電熱輸運性能，有望取得熱電性能的突破而引人注目。CoSb3基Skutterudite材料具有相當優異的電性能，儘管採用稀土元素等填充晶格空隙有效地降低了晶格熱導率，但相比於PbTe等仍有較大的下降空間。本項目提出在CoSb3基基體材料中引入具有原位自生納米微結構和極低晶格熱導率的AgSbTe2系第二相，研究Yb0.2Co4Sb12/AgSbTe2系納米複合熱電材料。在最佳化製備工藝基礎上，研究AgSbTe2體系中Ag2Te/Sb2Te3比和AgSbTe2系含量對複合材料顯微組織結構和熱電性能的影響，獲得熱電性能的突破。通過對顯微組織結構與熱電性能間關係的深入研究，研究複合材料晶格熱導率的關鍵調控機制、納米異質結構對載流子散射機制的影響，探究納米複合材料熱電傳輸機制。開展本項目研究對闡明納米複合材料熱電傳輸機制等具有重要的理論意義和套用價值。
結題摘要
納米複合熱電材料因在材料中引入納米結構，改變了材料的電熱輸運性能，有望取得熱電性能的突破而引人注目。本項目在CoSb3基基體材料中引入具有原位自生納米微結構和極低晶格熱導率的AgSbTe2系異質相，研究了填充方鈷礦-AgSbTe2系納米複合熱電材料。通過對複合材料製備工藝、AgSbTe2含量及Ag2Te/Sb2Te3比對複合材料熱電性能影響的研究，實現了載流子、聲子傳輸的協同效應，獲得了具備優良熱電性能和良好機械性能的中溫區溫差發電用複合材料。Yb0.2Co4Sb12 - 4wt%AgSbTe2材料在573 K達到約1.27的最大ZT值；Yb0.25Co4Sb12 - 4wt% (Ag2Te)0.42(Sb2Te3)0.58材料在773 K時取得1.3的最大ZT值。通過對複合材料顯微組織結構與熱電性能間的關聯研究，分析了納米異質相對複合材料熱電傳輸機制的影響機理。提出通過對基體與異質相成分、結構等的最佳化，納米複合材料能有效實現三個熱電參量的解耦，因此有可能成為提高材料熱電性能的新機制。在本複合材料體系中，載流子遷移率因異質相的晶界效應得到提高，同時異質相帶來的能量過濾效應使得複合材料Seebeck係數絕對值增大，此外，複合材料晶格熱導率因點缺陷、界面散射增強等顯著降低，實現了三個熱電參量的解耦和同步最佳化。結合對複合材料載流子平均自由程和聲子平均自由程的分析指出，具有寬尺度範圍的顯微結構通常有利於在寬波長範圍和寬溫度範圍有效散射載熱聲子，而對電傳導影響較小，進而能有效提高σ/κ。此外，本複合材料體系載流子濃度的增大是由於基體/異質相界面的擴散引起，擴散效應結合晶界效應可以實現複合材料載流子濃度和遷移率的同步最佳化。本項目研究成果對闡明納米複合材料熱電傳輸機制和實現材料熱電性能的突破等具有較重要的理論意義和套用價值。
