【摘 要】
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全球能源60％以上作为废热被浪费,低品位废热的高效转换和利用一直是能源领域的难题.热电材料利用固体材料内部载流子运动,将热能和电能直接相互转换,ZT值是决定热电转换效率的
【机 构】
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西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,西安71004
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全球能源60％以上作为废热被浪费,低品位废热的高效转换和利用一直是能源领域的难题.热电材料利用固体材料内部载流子运动,将热能和电能直接相互转换,ZT值是决定热电转换效率的关键指标.Bi2Te3、Sb2Te 3和Bi0.5Sb1.5Te3热电材料在室温到200℃区间具有最高的ZT值,其最佳工作范围正好对应于大多数工业废热的温度.采用单一材料时,温差发电的冷热端不可能同时工作在最佳温度.为进一步提高热电转换效率,将功能梯度概念引入热电材料中.Bi2Te3体系材料晶体结构相同,互溶度高,能够形成一系列中间化合物,为构建连续梯度功能材料提供了可能,理论上同一块材料中的原子大小分布存在梯度时,整个材料对声子的散射能力将增强,热导率降低.在研究Bi2Te3、Sb2Te3和Bi0.5Sb1.5Te3材料热电性能的基础上,选择Sb2Te3和Bi0.5Sb1.5Te3材料作为初始组份,通过液体沉降法形成密度梯度,再通过PAS放电等离子烧结获得Sb2Te3/Bi0.5Sb1.5Te3连续梯度材料.热电性能测试结果发现Sb2Te3/Bi0.5Sb1.5Te3梯度材料的Seebeck系数以及热导率的值均良好.Sb2Te3/Bi0.5Sb1.5Te3连续梯度材料的功率因子可达到3700μW/cm.k2,,相比于Bi2Te3提高了45％,相比于目前此类材料中公认性能最好的Bi0.5Sb1.5Te3提高了17％.
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