β-FeSi2基热电材料的制备与性能研究

作     者：邱玥 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈鸿烈

授予年度：2008年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：β-FeSi2 热电材料 机械合金化 热电性能 掺杂 热电转换器件 

摘      要：热电材料是一类能直接实现热电转换功能的材料,无需机械部件,无噪音,节约能源,因此受到人们的关注。而β-FeSi是一种非常有应用前景的热电材料,其特点是具有比较高的赛贝克系数,来源广泛,价格低廉,高温抗氧化性好,无毒以及高的工作温度。 采用机械合金化方法制备了β-FeSi基热电材料,通过XRD、热电性能测试等手段研究探讨了比较理想的制备工艺参数,研究了β-FeSi基热电材料的电学性能和相结构,分析讨论了进一步提高β-FeSi基合金热电性能的可能性;介绍了热电器件及其性能参数,构建了热电转换器件的基本单元。 经分析得出优化的制备工艺为:当球料比为15/1,球磨机转速为365r/min时,经50h球磨的粉末在890℃退火15h后可完全生成β-FeSi2。 对于提高β-FeSi基材料热电性能的研究表明:掺杂能有效提高β-FeSi基合金的热电性能;Co是较好的n型掺杂剂,最佳掺杂浓度为1at.%;Mn是较好的p型掺杂剂,最佳掺杂浓度为2.67at.%,但掺杂效果略差于Co;Al也是p型掺杂剂,但其掺杂效果比Mn差,Al的最佳掺杂浓度为1.64at.%;在掺杂浓度最佳的掺Co样品中加入2mass%ErO能进一步提高材料的热电性能。 根据热电效应原理,选取掺杂浓度最佳的掺Co样品和掺Mn样品,分别构建了温差发电器件单元和热电制冷器件单元,并取得以下初步结果:在给定温差和电流条件下分别得到温差发电电流为24μA,热电制冷可降低温度16℃。