搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

In0.3Co4Sb12-xSex 方钴矿热电材料的制备和热电性能

王作成 李涵 苏贤礼 唐新峰

引用本文:
Citation:

In0.3Co4Sb12-xSex 方钴矿热电材料的制备和热电性能

王作成, 李涵, 苏贤礼, 唐新峰

Synthesis and thermoelectric properties of thermoelectric materials of the skutterudites In0.3Co4Sb12-xSex

PDF
导出引用
  • 用熔融退火结合放电等离子烧结法制备了In0.3Co4Sb12-xSex(x=0—0.3)方钴矿热电材料,探讨了In的存在形式,系统研究了Se掺杂量对结构和热电性能的影响.结果表明:In可以填充到方钴矿二十面体空洞处,过量In在晶界处形成InSb第二相,Se对Sb的置换使晶格常数减小,In填充上限降低;In0.3Co4Sb12-xSex样品呈n型传导,随着Se掺杂量的增大,载流子浓度降低,电导率下降,Seebeck系数增大,功率因子有所降低;由于在结构中引入了质量波动及晶格畸变,适量的Se掺杂可以大幅降低材料晶格热导率;样品In0.3Co4Sb12和In0.3Co4Sb11.95Se0.05的最大ZT值均达到1.0以上.
    Thermoelectric materials of the skutterudites In0.3Co4Sb12-xSex(x=0—0.3) were prepared by melt-annealing and spark plasma sintering. The existence forms of the element In were investigated, and the effect of doping Se in In filled-skutterudites on the structure and thermoelectric properties were also studied systematically. The element In could be filled into the hole structure of skutterudite, and the excessive In exists as InSb in the boundary of grains. After the substitution of Se for Sb, the lattice parameters decrease, and the filling fraction limit of In decreases. All the compounds of In0.3Co4Sb12-xSex(x=0—0.3) show n-type conduction. With the Se doping amount increasing, the carrier concentration and electrical conductivity decrease, and the Seebeck coefficient increases, and the power factor decreases slightly. Since the introduction of Se substitution brings about quality fluctuation and lattice distortion in structure, moderate amount of Se substitution can lower the thermal conductivity largely. The maximum ZT values of both In0.3Co4Sb12 and In0.3Co4Sb11.95Se0.05 samples reach above 1.0.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB607501)、国家自然科学基金重点项目(批准号:50731006,50672118)、国家111计划(批准号:B07040)、国家高技术研究发展计划(批准号:2008lg0011)和中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:2010-IV-046)资助的课题.
    [1]

    Yang J H, Thierry C 2006 MRS Bull. 31 224

    [2]

    Cadoff J B, Miller E 1961 Thermoelectric Materials and Device (New York: Reinhold Pub. Corp.) p84—92

    [3]

    Sales B C, Mandrus D, Williams R K 1996 Science 272 1325

    [4]

    Nolas G S, Cohn J L, Slack G A 1998 Phys. Rev. B 58 164

    [5]

    Bai S Q, Pei Y Z, Chen L D, Zhang W Q, Zhao X Y, Yang J 2009 Acta Mater. 57 3135

    [6]

    Tang X F, Chen L D, Goto T, Hirai T, Yuan R Z 2000 Acta Phys. Sin. 49 2460 (in Chinese) [唐新峰、陈立东、後藤孝、平井敏雄、袁润章 2000 物理学报 49 2460]

    [7]

    Li H, Tang X F, Liu T X, Song C, Zhang Q J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5481 (in Chinese) [李 涵、唐新峰、刘桃香、宋 晨、张清杰 2005 物理学报 54 5481]

    [8]

    Lamberton G A, Bhattacharya J S, Littleton R T, Kaeser M A, Yang J, Nolas G S 2002 Appl. Phys. Lett. 80 598

    [9]

    Li H, Tang X F, Su X L, Zhang Q J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 202114

    [10]

    Puyet M, Lenoir B, Dauscher A, Dehmas M, Stiewe C, Muller E 2004 J. Appl. Phys. 95 4852

    [11]

    Zhao X Y, Shi X, Chen L D, Zhang W Q, Zhang W B, Pei Y Z 2006 J. Appl. Phys. 99 053711

    [12]

    Tang X F, Chen L D, Goto T, Hirai T, Yuan R Z 2002 Acta Phys. Sin. 51 2823(in Chinese) [唐新峰、陈立东、後藤孝、平 井敏雄、袁润章 2002 物理学报 51 2823] 〖13] Pei Y Z, Chen L D, Zhang W Q, Shi X, Bai S Q, Zhao X Y, Mei Z G, Li X Y 2006 Appl. Phys. Lett. 89 221107

    [13]

    Pei Y Z, Yang J, Chen L D, Zhang W Q, Salvador J R, Yang J H 2009 Appl. Phys. Lett. 95 042101

    [14]

    Tang X F, Chen L D, Goto T, Hirai T, Yuan R Z 2000 Acta Phys. Sin. 49 1120 (in Chinese) [唐新峰、陈立东、後藤孝、平井敏雄、袁润章 2000 物理学报 49 1120]

    [15]

    Berardan D, Alleno E, Godart C, Puyer M, Lenoir B, Lackner R, Bauer E, Girard L, Ravot D 2005 J. Appl. Phys. 98 033710

    [16]

    Jung J Y, Chul S C, Kim I H 2008 Mater. Chem. Phys. 108 431

    [17]

    Liu W S, Zhang B P, Zhao L D, Li J F 2008 Chem. Mater. 20 7526

    [18]

    Lamberton G A, Tedstrom R H, Tritt T M, Nolas G S 2005 J. Appl. Phys. 97 113715

    [19]

    He T, Chen J Z, Rosenfeld H D, Subramanian M A 2006 Chem. Mater. 18 759

    [20]

    Li H, Tang X F, Zhang Q J, Uher C 2009 Appl. Phys. Lett. 94 102114

    [21]

    Sharp J W, Jones E C, Williams R K, Martin P M, Sales B C 1995 J. Appl. Phys. 78 1013

  • [1]

    Yang J H, Thierry C 2006 MRS Bull. 31 224

    [2]

    Cadoff J B, Miller E 1961 Thermoelectric Materials and Device (New York: Reinhold Pub. Corp.) p84—92

    [3]

    Sales B C, Mandrus D, Williams R K 1996 Science 272 1325

    [4]

    Nolas G S, Cohn J L, Slack G A 1998 Phys. Rev. B 58 164

    [5]

    Bai S Q, Pei Y Z, Chen L D, Zhang W Q, Zhao X Y, Yang J 2009 Acta Mater. 57 3135

    [6]

    Tang X F, Chen L D, Goto T, Hirai T, Yuan R Z 2000 Acta Phys. Sin. 49 2460 (in Chinese) [唐新峰、陈立东、後藤孝、平井敏雄、袁润章 2000 物理学报 49 2460]

    [7]

    Li H, Tang X F, Liu T X, Song C, Zhang Q J 2005 Acta Phys. Sin. 54 5481 (in Chinese) [李 涵、唐新峰、刘桃香、宋 晨、张清杰 2005 物理学报 54 5481]

    [8]

    Lamberton G A, Bhattacharya J S, Littleton R T, Kaeser M A, Yang J, Nolas G S 2002 Appl. Phys. Lett. 80 598

    [9]

    Li H, Tang X F, Su X L, Zhang Q J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 202114

    [10]

    Puyet M, Lenoir B, Dauscher A, Dehmas M, Stiewe C, Muller E 2004 J. Appl. Phys. 95 4852

    [11]

    Zhao X Y, Shi X, Chen L D, Zhang W Q, Zhang W B, Pei Y Z 2006 J. Appl. Phys. 99 053711

    [12]

    Tang X F, Chen L D, Goto T, Hirai T, Yuan R Z 2002 Acta Phys. Sin. 51 2823(in Chinese) [唐新峰、陈立东、後藤孝、平 井敏雄、袁润章 2002 物理学报 51 2823] 〖13] Pei Y Z, Chen L D, Zhang W Q, Shi X, Bai S Q, Zhao X Y, Mei Z G, Li X Y 2006 Appl. Phys. Lett. 89 221107

    [13]

    Pei Y Z, Yang J, Chen L D, Zhang W Q, Salvador J R, Yang J H 2009 Appl. Phys. Lett. 95 042101

    [14]

    Tang X F, Chen L D, Goto T, Hirai T, Yuan R Z 2000 Acta Phys. Sin. 49 1120 (in Chinese) [唐新峰、陈立东、後藤孝、平井敏雄、袁润章 2000 物理学报 49 1120]

    [15]

    Berardan D, Alleno E, Godart C, Puyer M, Lenoir B, Lackner R, Bauer E, Girard L, Ravot D 2005 J. Appl. Phys. 98 033710

    [16]

    Jung J Y, Chul S C, Kim I H 2008 Mater. Chem. Phys. 108 431

    [17]

    Liu W S, Zhang B P, Zhao L D, Li J F 2008 Chem. Mater. 20 7526

    [18]

    Lamberton G A, Tedstrom R H, Tritt T M, Nolas G S 2005 J. Appl. Phys. 97 113715

    [19]

    He T, Chen J Z, Rosenfeld H D, Subramanian M A 2006 Chem. Mater. 18 759

    [20]

    Li H, Tang X F, Zhang Q J, Uher C 2009 Appl. Phys. Lett. 94 102114

    [21]

    Sharp J W, Jones E C, Williams R K, Martin P M, Sales B C 1995 J. Appl. Phys. 78 1013

  • [1] 刘榕涛, 王晨阳, 黄嘉勉, 罗鹏飞, 刘欣, 叶松, 董子睿, 张继业, 骆军. Sc掺杂Ti1–xNiSb半哈斯勒合金的制备与热电性能. 物理学报, 2023, 72(8): 087201. doi: 10.7498/aps.72.20230035
    [2] 陈上峰, 孙乃坤, 张宪民, 王凯, 李武, 韩艳, 吴丽君, 岱钦. Mn3As2掺杂Cd3As2纳米结构的制备及热电性能. 物理学报, 2022, 71(18): 187201. doi: 10.7498/aps.71.20220584
    [3] 王莫凡, 应鹏展, 李勰, 崔教林. 多组元掺杂提升Cu3SbSe4基固溶体的热电性能. 物理学报, 2021, 70(10): 107303. doi: 10.7498/aps.70.20202094
    [4] 邹平, 吕丹, 徐桂英. 高压烧结制备Tb掺杂n型(Bi1–xTbx)2(Te0.9Se0.1)3合金及其微结构和热电性能. 物理学报, 2020, 69(5): 057201. doi: 10.7498/aps.69.20191561
    [5] 郑丽仙, 胡剑峰, 骆军. 铜掺杂Cu2SnSe4的热电输运性能. 物理学报, 2020, 69(24): 247102. doi: 10.7498/aps.69.20200861
    [6] 袁国才, 陈曦, 黄雨阳, 毛俊西, 禹劲秋, 雷晓波, 张勤勇. Mg2Si0.3Sn0.7掺杂Ag和Li的热电性能对比. 物理学报, 2019, 68(11): 117201. doi: 10.7498/aps.68.20190247
    [7] 陈萝娜, 刘叶烽, 张继业, 杨炯, 邢娟娟, 骆军, 张文清. Ga掺杂对Cu3SbSe4热电性能的影响. 物理学报, 2017, 66(16): 167201. doi: 10.7498/aps.66.167201
    [8] 张飞鹏, 张静文, 张久兴, 杨新宇, 路清梅, 张忻. Sr掺杂对CaMnO3基氧化物电子性质及热电输运性能的影响. 物理学报, 2017, 66(24): 247202. doi: 10.7498/aps.66.247202
    [9] 余波. Ag掺杂对p型Pb0.5Sn0.5Te化合物热电性能的影响规律. 物理学报, 2012, 61(21): 217104. doi: 10.7498/aps.61.217104
    [10] 张贺, 骆军, 朱航天, 刘泉林, 梁敬魁, 饶光辉. Cu掺杂AgSbTe2化合物的相稳定、晶体结构及热电性能. 物理学报, 2012, 61(8): 086101. doi: 10.7498/aps.61.086101
    [11] 刘剑, 王春雷, 苏文斌, 王洪超, 张家良, 梅良模. Nb掺杂对还原性烧结的TiO2-陶瓷的晶体结构及热电性能的影响. 物理学报, 2011, 60(8): 087204. doi: 10.7498/aps.60.087204
    [12] 郭全胜, 李涵, 苏贤礼, 唐新峰. 熔体旋甩法制备p型填充式方钴矿化合物Ce0.3Fe1.5Co2.5Sb12的微结构及热电性能. 物理学报, 2010, 59(9): 6666-6672. doi: 10.7498/aps.59.6666
    [13] 周龙, 李涵, 苏贤礼, 唐新峰. In掺杂对n型方钴矿化合物的微结构及热电性能的影响规律. 物理学报, 2010, 59(10): 7219-7224. doi: 10.7498/aps.59.7219
    [14] 苏贤礼, 唐新峰, 李 涵, 邓书康. Ga填充n型方钴矿化合物的结构及热电性能. 物理学报, 2008, 57(10): 6488-6493. doi: 10.7498/aps.57.6488
    [15] 邓书康, 唐新峰, 张清杰. Zn掺杂p型Ba8Ga16ZnxGe30-x笼合物的合成及热电性能. 物理学报, 2007, 56(8): 4983-4988. doi: 10.7498/aps.56.4983
    [16] 蒋 俊, 许高杰, 崔 平, 陈立东. TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响. 物理学报, 2006, 55(9): 4849-4853. doi: 10.7498/aps.55.4849
    [17] 刘桃香, 唐新峰, 李 涵, 宋 晨, 杨秀丽, 张清杰. Sm和Ce复合掺杂Skutterudite化合物的制备及热电性能. 物理学报, 2006, 55(9): 4837-4842. doi: 10.7498/aps.55.4837
    [18] 杨昌平, 周智辉, 王 浩, K. Iwasa, M. Kohgi. 填充式方钴矿化合物CeOs4Sb12近藤相互作用的非弹性中子散射研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6643-6646. doi: 10.7498/aps.55.6643
    [19] 李 涵, 唐新峰, 刘桃香, 宋 晨, 张清杰. Ca和Ce双原子复合填充p型CamCenFexCo4-xSb12化合物的合成及热电性能. 物理学报, 2005, 54(11): 5481-5486. doi: 10.7498/aps.54.5481
    [20] 杨 磊, 张澜庭, 吴建生. 致密度对填充skutterudite化合物La0.75Fe3CoSb12热电性能的影响. 物理学报, 2004, 53(2): 537-542. doi: 10.7498/aps.53.537
计量
  • 文章访问数:  8757
  • PDF下载量:  1000
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-04-20
  • 修回日期:  2010-05-15
  • 刊出日期:  2011-01-05

/

返回文章
返回