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G.Rogl等人:ZT = 1.8的掺铟多重填充的n型方钴矿

点击次数:1934  发布时间:2018-05-29

【引言】

方钴矿常含少量铁和镍。等轴晶系。晶体呈立方体、八面体或二者的聚形。集合体常呈致密粒状。锡白色。条痕灰黑色。金属光泽。产于钴镍热液矿床中,与砷钴矿、砷镍矿、红镍矿等钴镍砷化物共生。在地表易氧化而形成钴华,是炼钴的重要矿物原料。ZT值,又叫热电优值,它是衡量热电材料热电性能的指标和量度,Z是材料的热电系数(单位是/k),有量纲,T是热力学温度,单位是kZT乘积来表示热电性能的高低,ZT值越高,热电性能越好。

【成果介绍】

G.Rogl等人认为通过三种不同的途径,将n型方钴矿(InSrBaYb)yCo4Sb12的热电(TE)优值ZTzui-大化:(i)找到铟作为第四填充物的*分数;(ii)考察粉末颗粒、晶粒和晶粒尺寸对TE性能的影响;(iii)检查热稳定性。填充的n(SrBaYb)yCo4Sb12以三种不同比例与0.4Co4Sb12混合,球磨(常规或高能(HB)球磨)和热压。热挤压样品断口的粒度分析和SEM照片表明,只有HB产生均匀的颗粒/晶粒,平均晶粒尺寸为100纳米,用透射电子显微镜证实。X射线Rietveld细化结合EDX表明,在所有情况下,铟进入方二十面体的方钴矿空隙。三个规则球磨样品(采用德国的linseisLSR-3测量系统测定样品In9.1HB)的温度依赖性物理性质表明,增加的含量推断出增加的电阻率,增加了塞贝克系数,但降低了总的热导率。虽然ZT823 K)与没有铟的样品在相同的范围内,但在ZT值较高,因此TE转换效率η至少高10%。将样品在600℃退火三天,显示出在结构和热电性能的微小变化,表明TE稳定性。由于小颗粒均匀,同样大小的颗粒和微晶,HB样品表现出高功率因数(在730 K下为4.4 mW/mK-2)和非常低的热导率,在823 K(ηmax17.5%)下获得重要的高值ZT1.8

【图文导读】

1a(SrBaYbIn)yCo4Sb12方钴矿的分布密度与粒度关系,针对样品In9.1In9.1HB示例性示出。

 

 

1b(SrBaYbIn)yCo4Sb12方钴矿的分布与粒度关系,针对样品In9.1In9.1HB示例性示出。

 

2In9.1HB In9.1In9.1ann样品断裂表面的SEM图像(从上到下)。

3a(SrBaYbIn)yCo4Sb12的晶格参数a取决于填充水平yRV

插入:比较(SrBaYb)yCo4Sb12 [707178](SrBaYbIn)yCo4Sb12的晶格参数a与填充水平yRV关系。

 

3b(Sr Ba YbIn)yCo4Sb12的晶格参数(顶部)和总填充水平(底部)依赖于添加In0.4Co4Sb12的质量百分比。

插入:添加In0.4Co4Sb12的质量百分比与填充水平yRV的关系(虚线显示出偏离Vegard定律的可能),圆环代表In0.24Co4Sb12 [224]

4:样品:In9.1HB(顶部),In9.1(中间)和In9.1(底部)。

样品TEM图像:左图:亮场,左平面的插图:相应的电子衍射图样;中间图:放大的亮场;右图:晶格图像。箭头指向YB2O3纳米粒子。

 

 

(SrBaYb)yCo4Sb12 + x wt.%方钴矿的电阻率ρ与温度T(T > 300 K) 的关系。

 

5b:样品 In0的电阻率ρ与温度T(T > 4.2 K) 的关系和In9.1HB的电阻率拟合。插入:In9.1HBULVAC-ZEM3数据与LSR-3数据的比较。

6(SrBaYb)yCo4Sb12 + x wt.% In0.4Co4Sb12的赛贝克系数S与温度T的关系。

插入图:In9.1HBULVAC-ZEM3数据与LSR-3数据的比较。

 

7(SrBaYb)yCo4Sb12 + x wt.% In0.4Co4Sb12的功率因素pf与温度T的关系。

 

8a(SrBaYb)yCo4Sb12 + x wt.% In0.4Co4Sb12的劳伦兹数与温度T的关系。

插入图:(SrBaYb)yCo4Sb12 + x wt.% In0.4Co4Sb12的导热系数的温度与λe的关系。

8b(SrBaYb)yCo4Sb12 + x wt.% In0.4Co4Sb12的总热导率λ、晶格热导率λph和zui小热导率λmin与温度T的关系。

 

9(SrBaYb)yCo4Sb12 + x wt.% In0.4Co4Sb12的热电(TE)优值ZT与温度T的关系。

10:右:温度为300-823 K下,从顶部到底部:每个样品的电阻率的平均值ρav,赛贝克系数的jue对值| S |av,功率因素pfav,晶格热导率λav ,热电优值ZTZTzui大值ZTmax。左:In9.1的所有的平均运输性质和退火后(In9.1ann)高能球磨在In9.1HB中的应用比较。

    近年来人们致力于直接将多余的热能转化为电能。如果我们能够将锅炉和引擎产生的多余的热转化为电能,这将会省下每年千亿的燃料费用。文中提到的用来研究方钴材料性能所使用的的研究仪器LSR-3就是林赛斯为了挑战这一难题所开发的一款独特的评估系统仪器—LSR-3“林赛斯-赛贝克&电阻测试单元”。

林赛斯LSR-3的优越性能

1、可以同步测量赛贝克系数和电阻(通过哈曼法可测定热电阻和ZT值)

2、可以测量长度在623mm间的棱柱或圆柱样品(哈曼法要求圆柱样品)

3、线状或箔片样品可以通过特殊的适配器测量

4、更换不同的炉体可以覆盖-1001500的温度范围。

5、样品支架设计保证zui 高的测量重复性

    三种可更换的炉体覆盖-1001500℃的温度范围。额外的红外炉保证很高的加热和冷却速率,并能使温度控制准确的按照程序设定运行。

    如果您对林赛斯热分析仪器感兴趣,咨询。也可以关注公众号“德国林赛斯仪器”,了解更多的材料性能以及热分析动态。

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