文章目录

摘要

abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 热电转换的原理

    1.2.1 塞贝克效应

    1.2.2 帕尔贴效应

    1.2.3 汤姆逊效应

    1.2.4 热电基本效应之间的关系

1.3 热电材料研究进展

    1.3.1 不同温区典型热电材料纵览

    1.3.2 填充方钴矿研究进展

    1.3.3 方钴矿材料服役与失效方式

1.4 方钴矿热电材料保护涂层的研究进展

    1.4.1 CoSb_3 基方钴矿热电材料表面金属类保护涂层性能

    1.4.2 CoSb_3 基方钴矿热电材料表面非金属类保护涂层性能

    1.4.3 CoSb_3 基方钴矿热电材料表面复合保护涂层性能

1.5 纳米相材料复合提升热电性能

    1.5.1 纳米相与热电材料固相混合

    1.5.2 纳米相与热电材料液相混合

1.6 本文选题内容、目的及意义

第二章 方钴矿材料的热稳定性研究

2.1 引言

2.2 实验方案

    2.2.1 块体Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)方钴矿材料的制备

    2.2.2 Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)方钴矿材料老化实验

    2.2.3 表征手段

2.3 结果与讨论

    2.3.1 Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)方钴矿粉体材料的物相表征

    2.3.2 加速热老化后Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)方钴矿的性能表征

2.4 本章小结

第三章 方钴矿材料表面复合涂层的制备和表征

3.1 引言

3.2 实验方案

    3.2.1 涂层的制备流程

    3.2.2 涂覆涂层样品的加速老化

    3.2.3 表征手段

3.3 结果与讨论

    3.3.1 加速老化前后微观形貌表征

    3.3.2 热电性能表征

3.4 本章小结

第四章 氧化石墨烯复合方钴矿的制备和表征

4.1 引言

4.2 氧化石墨烯的制备及表征

    4.2.1 制备流程

    4.2.2 GO的表征

4.3 Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)/GO复合材料制备、表征与优化

    4.3.1 制备流程

    4.3.2 Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)/ GO样品表征

    4.3.3 改进超声分散制备Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)/GO样品表征与讨论

    4.3.4 商用GO复合制备Yb_(0.3)Co_4Sb_(12)/GO样品表征与讨论

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其他成果

致谢

文章摘要:随着环境污染和能源短缺问题的日益严峻,社会更加关注可再生清洁能源的利用,政企投入不断加大。近年来太阳能、风能和潮汐能等清洁能源逐渐进入能源市场。但未来几十年内石油、天然气、煤炭等化石能源依然会占据能源市场的主要地位。因此,提高化石能源热能转换效率,回收低品位余废热等节能减排技术受到了重视。热电转换是一种利用半导体材料的热电效应实现热能与电能直接转换的绿色能源技术。在工业余废热回收、节能减排、环境保护等领域潜力巨大。近年来,诸多具工业应用前景的热电材料不断出现。其中CoSb₃基填充方钴矿以其成熟稳定的合成工艺、优异的热电性能,成为了研究热点之一。方钴矿热电器件的性能及服役寿命受限于材料本身热电性能及其服役稳定性。如果能抑制服役条件下方钴矿材料的劣化,同时提升材料本身的热电性能,将有望提升方钴矿热电器件的转换效率和使用寿命。本论文选取热电性能最佳的n型Yb_0.3Co₄Sb₁₂方钴矿作为研究对象,探讨高温有氧环境中材料劣化的原因。结果显示,在服役温度下,材料表面氧化和锑元素升华会导致化学组分发生变化,从而最终导致热电性能的劣化;其中,材料电导率劣化的速率随老化时间的延长逐渐降低,并趋于稳定,即空气中高温服役导致Yb_0.3Co₄Sb₁₂方钴矿材料随时间延长电导率下降先快后慢;在空气中600℃老化30天,材料的电导率和ZT值均下降约20%。为延缓Yb_0.3Co₄Sb₁₂方钴矿材料劣化的速率,本文选择电化学沉积法制备Al基复合涂层。测试发现Al、Al-Ni、Al-Ni-Al三类涂层均具备抑制该方钴矿材料锑元素升华作用;其中Al-Ni、Al-Ni-Al在高温氧化的同时发生热扩散,形成了有序排列且致密的铝镍金属间化合物能够有效隔绝氧气,抑制锑元素升华;涂覆有该表面保护涂层的Yb