1 1.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 2.中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
热电元件的界面高温稳定性是决定热电器件服役性能和应用前景的重要因素, 而阻挡层和热电材料之间的界面扩散和界面电阻则是评价热电元件高温稳定性的主要标准。为了进一步提升P型碲化铋热电器件的界面稳定性, 本研究采用高通量筛选的方法选定适用于P型碲化铋的Fe阻挡层材料。通过一步烧结的方法制备了Fe/P-BT的热电元件, 并系统研究了高温加速老化实验下的Fe/P-BT的界面微观结构的演变和界面电阻率的稳定性。在老化过程中, Fe/P-BT的界面连接良好且Fe-Sb-Te的三元扩散层的成分基本不变。扩散层厚度与时间的平方根成线性关系, 生长激活能为199.6 kJ/mol。Fe/P-BT的界面电阻率较小且随着老化时间延长缓慢增大, 在350 ℃老化16 d后仍然低于10 μΩ·cm2。基于界面扩散动力学的寿命预测表明Fe可以用作Bi0.5Sb1.5Te3热电元件的阻挡层材料。
1 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 201899
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
4 空间物理重点实验室, 北京, 100076
热电器件中, 界面可靠性是影响整体稳定和功率输出的关键因素。对于方钴矿(SKD)器件, 热电臂和电极通过扩散阻挡层(DBL)连接。在高温下, DBL与SKD、电极之间会发生反应并生成复杂的界面结构, 导致界面附近的热、电、力学性能发生变化。本研究根据实际界面结构建立了包含微观结构的有限元模型, 并将其用于分析方钴矿基元件的界面应力状态。采用单层模型对DBL材料参数进行了筛选, 发现热膨胀系数(CTE)和弹性模量(E)对第一主应力有显著影响。采用包含界面微结构的多层模型定量模拟了不同老化温度、时间下元件内部的应力分布, 结果表明在SKD/Zr和SKD/Nb中, CoSb2反应层最为薄弱, 随着老化时间的延长, 反应层的厚度增加, 界面应力变大。同时, 元件的拉伸试验结果与计算结果吻合较好, 验证了模型的准确性与可行性。本研究为提升SKD/DBL元件的结构稳定性提供了指导, 同时也为精确模拟多层结构中的应力状态提供了研究思路。
热电元件 扩散阻挡层 有限元模型 拉伸强度 thermoelectric joints diffusion barrier layer finite element model tensile strength
1 昆明理工大学材料系,云南昆明,650051
2 云南大学物理系,云南昆明,650091
基于氧化物高温超导体YBa2Cu3O7-δ的各向异性Seebeck(塞贝克)效应,制作了室温下的激光功率计,并测量了从红外到紫外波段下的激光响应.结果表明,在一定激光功率范围内,器件的信号响应与激光功率呈较好的线性关系.综合性测试表明,这类器件的优点是频谱响应宽,时间响应可达到ns量级.
功率计 塞贝克效应 热电元件
