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热压与放电等离子烧结Na掺杂PbTe的晶粒生长机制及热电性能

DOI:10.1016/j.jallcom.2019.01.387 期刊:Journal of Alloys and Compounds 出版年份:2019 更新时间:2025-11-21 10:59:37
摘要: 我们研究了通过不同球磨和烧结工艺合成的钠掺杂碲化铅化合物的热电性能与微观结构。学界普遍认为,由于烧结时间短,放电等离子烧结(SPS)能抑制晶粒生长,这对纳米块体复合材料有利。但与热压(HP)烧结不同,我们观察到SPS会出现异常晶粒生长。从烧结过程中的吉布斯自由能变化分析,HP烧结会增加内能而SPS会增加熵能,这导致了异常晶粒生长。透射电镜图像的晶格应变与傅里叶变换分析表明,SPS烧结样品比HP烧结样品具有更显著的晶格应变和缺陷。SPS烧结样品的低热导率并非源于晶界声子散射,而是来自晶格应变和缺陷导致的声子散射。这些晶格应变和缺陷也降低了电导率,导致功率因子和热电性能恶化。这说明对于提升热电性能而言,晶格应变和缺陷是比颗粒与晶粒尺寸控制更关键的因素。
作者: Min Ho Lee,Jong Ho Park,Su-Dong Park,Jong-Soo Rhyee,Min-Wook Oh
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研究概述 实验方案 设备清单

研究通过不同球磨与烧结工艺合成的钠掺杂碲化铅化合物的热电性能与微观结构,重点关注晶粒生长机制及其对性能的影响。

研究表明,与热压(HP)工艺相比,放电等离子烧结(SPS)会引发异常晶粒生长并产生更高的晶格应变/缺陷,尽管其热导率较低,但会导致电导率和功率因子下降。晶格应变和缺陷对热电性能的影响比晶粒尺寸控制更为关键,这表明SPS可能并非提升这些材料ZT值的最佳选择。

该研究仅限于钠掺杂碲化铅化合物及特定的球磨/烧结条件;结果可能不适用于其他材料或工艺。透射电镜的缺陷量化属于定性分析,且能谱仪对钠等轻元素的检测存在局限性。重点关注晶格应变和缺陷作为主要因素,可能会忽略其他影响热电性能的因素。

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