方鈷礦化合物Sm0.025CoSb2.975Te0.025電輸運性能研究

姜一平

摘 要：本文在壓力為2.5GPa、溫度為1 000K的合成條件下，采用高溫高壓法成功制備了釤填充和碲取代的方鈷礦化合物Sm0.025CoSb2.975Te0.025。電輸運性能測試結(jié)果表明：Sm0.025CoSb2.975Te0.025的塞貝克系數(shù)為負值，其導(dǎo)電類型為n型，塞貝克系數(shù)隨溫度的升高而減小;電導(dǎo)率隨溫度的升高先減小后升高;樣品Sm0.025CoSb2.975Te0.025的功率因子在660K達到26.8μW·cm-1·K-2。

關(guān)鍵詞：熱電材料;塞貝克系數(shù);高溫高壓

中圖分類號：TB34 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）31-0038-03

The Study of the Electrical Transport Propertied of Skutterudite

Sm0.025CoSb2.975Te0.025

JIANG Yiping

（School of Science， Beihua University，Jilin Jilin 132013）

Abstract： We had synthesized Sm-filled and Te-substituted skutterudite Sm0.025CoSb2.975Te0.025 at 2.5GPa and 1 000K. The results show that the electrical resistivity for the Sm0.025CoSb2.975Te0.025 increases with an increase of temperature. The electrical resistivity of Sm0.025CoSb2.975Te0.025 is reduced when compared with that of Sm0.025CoSb2.975Te0.025 sample. The Seebeck coefficient of Sm0.025CoSb2.975Te0.025 is negative which imply it is n-type semiconductors. The Seebeck coefficient in absolute value of sample increases with an increase of temperature. The maximum power factor 26.8 μW·cm-1·K-2? is obtained at 660 K for the sample of Sm0.025CoSb2.975Te0.025.

Keywords： TE materials;Seebeck coefficient;high-pressure and high-temperatureμW·cm-1·K-2

1 研究背景

利用塞貝克效應(yīng)（Seebeck）和帕爾貼效應(yīng)（Peltier）實現(xiàn)熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的材料稱為熱電材料（Thermoelectrical Materials）。熱電材料制成的熱電裝置具有無污染、無噪聲、體積小、使用壽命長等優(yōu)點。其是具有廣闊應(yīng)用前景的新型清潔能源。然而，由于熱電轉(zhuǎn)換效率低，因此，提高材料的熱電轉(zhuǎn)換效率是目前科研人員關(guān)注的焦點。材料的熱電轉(zhuǎn)換效率是由材料的熱電優(yōu)值表征：

[Z=S2/ρκ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

其中，[S]為塞貝克系數(shù);[ρ]為電阻率;[κ]為熱導(dǎo)率;[S2/ρ]為功率因子。通常情況下，可以通過提高材料的功率因子和降低其熱導(dǎo)率達到提高材料熱電優(yōu)值的目的。

20世紀90年代，Slack提出“聲子玻璃-電子晶體”（PGEC）的概念，方鈷礦化合物由于具有電子晶體-聲子玻璃的傳導(dǎo)特性得到廣泛關(guān)注。方鈷礦化合物結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，空間群為[Im3]，一般形式為AB3（A=Co，Ir，Rh;B=Sb，As，P），晶胞中包含32個原子[1，2]。方鈷礦化合物熱電材料具有較大的載流子遷移率，較高的塞貝克系數(shù)和較低的電阻率，但由于其具有大的熱導(dǎo)率而導(dǎo)致其[ZT]值并不高，限制了其在熱電領(lǐng)域中的實際應(yīng)用[3，4]?？梢酝ㄟ^以下兩種方法提……