高性能CoSb3基热电材料的高温高压合成及性能分析

本论文利用高压合成方法制备了系列CoSb3基方钴矿热电材料。通过掺杂和填充，结合压力的调控，对该类体系热电材料的热电性能进行了综合优化，并研究了合成压力、掺杂等对材料热电性能的调制规律。结果表明，相较于常压合成方法，高压合成方法不仅能够有效提高该类体系材料的热电性能和机械性能，而且具有反应速度快、合成时间短、易获得纯相等优势。本论文的主要研究内容和研究结果如下：（1）在Te置换型CoSb3方钴矿热电材料的制备基础上进行了不同浓度的Pb原子填充，制备了PbxCo4Sb11.5Te0.5。利用高温高压技术有效地使样品的Seebeck系数得到了提高。（2）在PbxCo4Sb11.5Te0.5的基础上，对其进行了Pb、Ba复合填充，详细研究了合成压力和填充浓度对材料热电性能的影响。研究表明，2.3GPa下合成的Ba0.25Pb0.05Co4Sb12Te0.5的热导率最低，达到1.58Wm-1K-1，并且，其ZT值在730K时达到最大值1.0。（3）制备并研究了InxCo4Sb12（0.1≤x≤0.5）的热电性能。在568K时，In0.5Co4Sb12的热导率达到最低，为2.193Wm-1K-1，在665K时该样品的ZT值达到0.88。（4）在单纯In填充的基础上进行了In分别与Ba和Pb的复合填充，In与Ba的复合填充样品对于功率因子的提高和晶格热导率的降低明显好于In与Pb复合填充的样品。（5）在In填充的基础上，我们又进行了关于In0.5Co4Sb12-xGex（0.5≤x≤1）的实验研究分析，详细研究了合成压力和Ge置换浓度对该类材料热电性能的影响。样品In0.5Co4Sb11Ge1的Seebeck系数绝对值随着合成压力的升高而逐渐的升高，同时，热导率随着合成压力的升高而逐渐的降低。