原子层沉积界面对ZrNiSn基热电材料性能的协同优化

发布时间：2021-11-06 09:51

　　热电材料是一种利用材料内部载流子直接实现热能与电能相互转换的绿色能源材料。热电器件的转换效率主要受限于材料本身的热电性能参数之间的耦合效应,因此,协调电、声输运及参数解耦对于热电材料的研究具有重要意义。界面在协调热电材料中电、声传输起重要作用,并能在一定程度上实现参数的解耦,但使用传统的方法难以精确控制界面的化学成分和尺寸。原子层沉积技术作为一种原子层级的相界面制备技术受到了研究者们的广泛关注。本文以ZrNiSn基半哈斯勒热电合金为研究对象,利用悬浮熔炼、原子层沉积技术及放电等离子烧结制备试样,通过优化能量势垒、基体能带调控和组分优化等方式来改善热电材料的热电性能。获得了以下主要结论:（1）通过原子层沉积技术调控ZrNiSn0.99Sb0.01热电材料中非晶Al2O3界面层的厚度,从而实现精准控制界面中Zr空位量及ZrO2纳米晶的数量及大小。通过调控Zr空位含量来优化能量势垒,协调电子和声子输运,实现塞贝克系数和电导率的强解耦。受益于优化的Zr空位界面,功率因子得到明显提升,对于样品C120,最大功率因子在873 K时达到了5610μW/mK2。同时,Zr空位界面和ZrO2纳米粒引发的...

【文章来源】： 深圳大学广东省

【文章页数】：82 页

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 热电效应及热电器件
        1.1.1 热电效应
        1.1.2 热电优值
        1.1.3 热电器件及应用
    1.2 热电材料的输运特征
        1.2.1 载流子电输运特性
        1.2.2 热输运特性
    1.3 热电材料性能优化策略
        1.3.1 载流子浓度的优化
        1.3.2 能带工程
        1.3.3 纳米结构工程
        1.3.4 界面工程
    1.4 半哈斯勒热电材料
    1.5 选题思路及研究内容
第2章 实验方法
    2.1 实验原料及仪器
    2.2 材料的制备流程
        2.2.1 材料的物相表征
        2.2.2 微观形貌表征
    2.3 材料热电性能表征
        2.3.1 变温电学性能测试
        2.3.2 变温热学性能测试
        2.3.3 霍尔系数测试
        2.3.4 声速测试
    2.4 电子能带结构计算
第3章 Al₂O₃ 包覆技术对ZrNiSn基热电性能的研究
    3.1 物相及微观形貌分析
    3.2 能带结构分析
        3.2.1 ZrO₂能带结构分析
        3.2.2 Zr空位能带结构分析
    3.3 Al₂O₃ 包覆对ZrNiSn基热电性能的影响
        3.3.1 电输运性能分析
        3.3.2 热输运性能分析
        3.3.3 热电优值（zT）
    3.4 Al₂O₃ 包覆作用在FeNbSb基热电材料的研究分析
    3.5 小结
第4章 Zr空位对ZrNiSn基热电性能的调控
    4.1 XRD物相分析
    4.2 Zr空位对ZrNiSn基热电性能的影响
        4.2.1 电输运性能分析
        4.2.2 热输运性能分析及zT值
    4.3 小结
第5章 Ni位自掺杂调控ZrNiSn基热电性能的研究
    5.1 XRD物相分析
    5.2 微观结构及成分分析
    5.3 Ni位自掺杂对ZrNiSn基热电性能的影响
        5.3.1 电输运性能分析
        5.3.2 热输运性能分析
        5.3.3 热电优值（zT）
    5.4 小结
第6章 TiO₂ 包覆技术对ZrNiSn基热电性能的研究
    6.1 XRD物相分析
    6.2 微观结构及成分分析
    6.3 TiO₂ 包覆对ZrNiSn基热电性能的影响
        6.3.1 电输运性能分析
        6.3.2 热输运性能分析
        6.3.3 热电优值（zT）
    6.4 小结
第7章 结论与展望
参考文献
导师评语
答辩委员会决议书
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果



本文编号：3479617