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應用案例 | 方鈷礦熱電性能研究

更新時間:2021-03-02      點擊次數:1510


四方晶型方鈷礦材料(Co,Ni,Fe)(P,Sb,As)3因其高的電子遷移率以及塞貝克系數,很有潛力成為具有較高ZT值的高性能熱電材料。這類材料中,未填充的CoSb3基方鈷礦由于固有的高熱導率會降低ZT值,往往不被看好。然而,這類材料內部往往包含一些空穴,我們可以利用這些空穴,將一些低配位的離子(一般來說是稀土離子)插入。從而在材料內部產生一些晶格聲子散射源來改變材料熱導率,在不降低材料電導率的同時來降低熱導率。這就使得這類材料表現得像PGEC(聲子玻璃,電子晶體)。這種想法的提出是為了提升材料的ZT值,途徑分為兩部分:負責熱導的聲子部分需要表現得跟玻璃類似(高的聲子散射率——降低熱導率),而負責電導的電子部分則需要表現得與晶體類似(很低的散射率——維持高的電導率)。

 

La0.9CoFe3Sb12晶格熱導率以及熱電ZT值


我們研究了550°C以內,引入納米粒子層到La0.9CoFe3Sb12對其熱導率的影響。計算熱導率時所用的比熱容是由DSC 404F1 Pegasus測得。用Wiedemann-Franz關系計算了電子熱導率,并用總熱導率與其相減,得到了晶格熱導率。

在452°C時,材料ZT值達到峰值,并且,在摻有5%質量分數的納米復合材料時,材料的ZT值得到大的提升,比沒有摻雜的對照樣提升了15%左右。結果表明,納米復合材料的引入,能夠優化方鈷礦類熱電材料,在一個較寬的溫度范圍內,降低熱導率,提升ZT值。
 

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