Sn掺杂ZrCoBi基Half-Heusler化合物的合成与热电性能研究

摘要

为了研究Sn掺杂对ZrCoBi化合物的结构和热电性能的影响,采用感应熔炼结合放电等离子烧结制备了不同掺杂浓度的ZrCoBi_1-xSn_x（x=0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25）系列样品,并对其物相结构和热电性能进行了测试和分析。实验结果表明,合成的ZrCoBi基化合物均为标准的Half-Heusler相,Sn在ZrCoBi基体中的最大固溶度为20%。在相同温度下,随着Bi位Sn掺杂浓度的增加,电导率增大,塞贝克系数先增后减,ZT值不断增大。通过Sn/Bi的取代,ZrCoBi_1-xSn_x的热导率有了明显的降低,在730 K附近,ZrCoBi_0.80Sn_0.20样品的热导率达到最低值为2.56 W·cm^-1·K^-1。由于功率因子的增大及热导率的减小,在730 K附近,ZT值由未掺杂的ZrCoBi样品的0.39增至最大为ZrCoBi_0.20Sn_0.80样品的1.02。Sn的掺杂引入了受主杂质,优化了载流子浓度,提高了电导率和功率因子。同时由于Sn、Bi原子间的尺寸与质量差异,增强了点缺陷散射作用,进一步降低了热导率,从而整体上提高了ZT值,改善了热电性能。

关键词

ZrCoBi / Half-Heusler化合物 / Sn掺杂 / 合成方法 / 热电性能