鲁志强 1,2刘可可 1,2李强 1,2胡芹 1,2[ ... ]唐新峰 1,2,*
作者单位
摘要
1 1.武汉理工大学襄阳示范区, 湖北隆中实验室, 襄阳 441000
2 2.武汉理工大学 材料复合新技术国家重点实验室, 武汉 430070
3 3.武汉理工大学 纳微结构研究中心, 武汉 430070
晶粒细化是提高Bi0.5Sb1.5Te3合金力学性能的有效途径, 但是粉末冶金过程中晶粒细化导致的类施主效应会严重劣化材料热电性能, 制约了Bi0.5Sb1.5Te3基合金在微型热电器件中的应用。本研究围绕p型Bi0.5Sb1.5Te3基合金, 采用实验结合理论计算系统研究了粉末冶金制备过程中研磨和脱附气氛对烧结样品中类施主效应和电热输运性能的影响规律和机制。Bi0.5Sb1.5Te3基合金破碎研磨过程中粉体表面产生缺陷$~\text{V}_{\text{Te}}^{\cdot \cdot }$和${{\text{{V}'''}}_{\text{Sb}}}$并物理吸附空气中的O2, 在烧结过程中与吸附的O2发生缺陷化学反应, 产生大量$\text{V}_{\text{Te}}^{\cdot \cdot }$空位和自由电子, 导致类施主效应, 使空穴浓度大幅降低。在保护气氛下(Ar气氛)研磨避免接触空气或在空气中研磨后放置在保护气氛下脱附O2, 都可以有效抑制类施主效应, 使样品保持较高的载流子浓度和电导率, 且性能在473 K下保持稳定。在空气中研磨后直接烧结的样品和放置在空气中粉体烧结的样品表现出明显的类施主效应, 样品的载流子浓度从保护气氛处理样品的4.49×1019 cm−3下降至3.21×1019 cm−3, 采用保护气氛处理的粉体烧结样品在402 K下获得最高的热电优值ZT为1.03, 平均ZTave为0.92。该研究为调控p型多晶Bi2Te3基化合物的类施主效应和优化其热电性能提供了新思路。
Bi0.5Sb1.5Te3合金 类施主效应 载流子浓度 热电性能 Bi0.5Sb1.5Te3 alloy donor-like effect carrier concentration thermoelectric property 
无机材料学报
2023, 38(11): 1331

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