fenbsb热电材料的制备与性能研究物【字数：11004】
热电材料是一种绿色能源材料。本课题是以真空感应悬浮熔炼技术制备FeNbSb基Half-Heusler热电材料作为研究对象，通过对FeNbSb化合物的Fe位进行不同量的Co掺杂，然后采用XRD、SEM等表征手段对FeNbSb材料的微观结构进行表征，在利用精密电势测试系统（CTA）进行电导率与塞贝克系数的测试。结果表面，低掺杂时样品晶体结构为纯相，掺杂量达到1.5%时微观晶体结构出现第二相，第二相的产生影响了热电性能。样品的热电性能随掺杂量的增大，其电导率增加，但Seebeck系数绝对值会减小，由于掺杂量为1.5%的样品出现了第二相，则Fe0.985Co0.015NbSb样品的电导率比Fe0.99Co0.01NbSb样品的小，Seebeck系数绝对值却比Fe0.99Co0.01NbSb样品大。最后对比三个样品，掺杂量为1%的样品在中高温区取得最大的功率因子。这为热电材料的研究奠定了一定的基础。
目录
1. 绪论 1
1.1热电效应 1
1.2热电材料的发展概况 4
1.3热电材料的分类 5
1.4本论文的研究内容 7
2. 实验方法 8
2.1实验材料和设备 8
2.1.1实验原材料 8
2.1.2实验制备材料所需的设备 8
2.1.3样品表征及测试所需设备 8
2.2实验方法与流程 9
2.3材料的表征与性能测试 9
2.3.1样品晶体结构分析 9
2.3.2品表面形貌及其成分分析 10
2.3.3能谱分析仪 10
2.3.4电导率与Seebeck系数的测试 11
3. FeNbSb材料的热电性能 13
3.1 结构分析 13
3.1.1 X射线衍射仪（XRD）分析 13
3.1.2 描电子显微镜（SEM）分析 13
3.1.3 能谱分析仪（EDS）分析 14
3.2热电性能 15
3.2.1 电导率 15
3.2.2 Seebeck系数 16
3.2.3 功率因子 17
4.总结与展望 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 4.1总结 18
4.2展望 18
参考文献 19
致谢 20
绪论
随社会的发展，环境与能源问题日益严重。首先，人类主要使用的能源是化石能源，而化石能源属于一次能源，在不断的减少，同时化石能源的燃烧对环境的影响越来越严重。这便需要发展新的能源。热电材料是一种绿色能源材料，可以将热能与电能进行相互转化，所制作成的器件在工作时无噪音、无污染及使用寿命长等优点，在发电与制冷上具有很大的优势，同时可以将余热回收转化为电能，便能极大的解决能源问题。与传统的热电材料相比，HalfHeusler热电材料的机械性能和热稳定性好且无毒性，所用到的元素也较为廉价等优点，在中高温区（>650 K）环境下有巨大的潜力。
1.1热电效应
热电现象是指金属导体或半导体受到通过的电流或者外界的温度的影响所发生的一系列现象。热电现象的发现及早期研究是从十九世纪开始的，是由西欧的科学家完成的相关工作[]。研究热电材料的基础便是热电效应，而热电效应有塞贝克效应（Seebeck Effect)、帕尔贴效应（Peltier Effect）和汤姆逊效应（Thomson Effect），是以三位发现者的姓氏来命名的。
1）塞贝克效应
德国科学家塞贝克（Seebeck）在1821年研究发现:由两种不同金属导体形成的闭合回路，在加热其中一个金属连接点时，放置在回路旁边的指南针会发生偏转[]。经过研究发现使指南针发生偏转的原因是两金属导体接触点的温差使回路产生电流，即有磁场出现使指南针发生偏转。对这一现象的描述是：在两种不同金属导体形成的回路中施加一个温度梯度时，其两端会产生一个电势差。这就是塞贝克效应。
如图1.1（a）所示，由导体A和导体B串联构成的回路中，当接头1处的温度和接头2处的温度不等时，即,则在导体B的开路位置出现一个电位差，其数值为
(1.1）
式中为比例常数，被定义为导体A和导体B的相对Seebeck系数，即
(1.2）
塞贝克系数单位为,因为塞贝克系数比较小，所以常用单位为。由于可负可正，所以也有负有正。通常规定：在冷接头处，电流由导体A流向导体B，塞贝克系数为负值，反之则为正值[]。
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图 1.1 ( a )塞贝克效应示意图，( b )帕尔贴效应示意图
帕尔贴效应
法国科学家帕尔贴（Peltier）在1834年研究发现：在两种不同金属导体构成的的回路。在其两端加一个电动势，使电流流经导体，此时两金属导体的接头一端出现放热现象，而另一端出现吸热现象。帕尔贴效应是塞贝克的逆效应。
如图1.1（b）所示，在导体B的开路位置两端加一个电压,即回路中有电流产生，同时AB两导体的接触点出现温差，其一端吸收热量，而另一端放出热量。其吸放热速率为
（1.3）
式中，为流过回路的电流，为比例常数，定义为AB两导体的相对帕尔贴系数。即
（1.4）
帕尔贴系数的单位为。两导体的接头是放热还是吸热取决于通过回路的电流方向，而当改变流过回路的电流方向时，原先吸热的接头变为放热，原先放热的接头变为吸热[]。
汤姆逊效应
英国科学家汤姆逊（Thomson）在1851年研究提出了，当电流流过一段导体且导体存在温差时，导体会放出或者吸收热量来维持原有的温差。这一现象就是汤姆逊效应。如图1.2所示通过导体中的电流为，温差为，则导体放出或吸收热量的速率为
（1.5）
式中为比例常数，被定义为Thomson系数，其单位为。若温度梯度方向和电流方向一致，且导体放热，则Thomson系数为负，若导体吸热，则Thomson系数为正[]。
汤姆逊通过热力学理论推导发现了Seebeck系数、Peltier系数和Thomson系数三者之间的关系[]。即Seebeck系数和Peltier系数的关系为
目录
1. 绪论 1
1.1热电效应 1
1.2热电材料的发展概况 4
1.3热电材料的分类 5
1.4本论文的研究内容 7
2. 实验方法 8
2.1实验材料和设备 8
2.1.1实验原材料 8
2.1.2实验制备材料所需的设备 8
2.1.3样品表征及测试所需设备 8
2.2实验方法与流程 9
2.3材料的表征与性能测试 9
2.3.1样品晶体结构分析 9
2.3.2品表面形貌及其成分分析 10
2.3.3能谱分析仪 10
2.3.4电导率与Seebeck系数的测试 11
3. FeNbSb材料的热电性能 13
3.1 结构分析 13
3.1.1 X射线衍射仪（XRD）分析 13
3.1.2 描电子显微镜（SEM）分析 13
3.1.3 能谱分析仪（EDS）分析 14
3.2热电性能 15
3.2.1 电导率 15
3.2.2 Seebeck系数 16
3.2.3 功率因子 17
4.总结与展望 18
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/> 4.1总结 18
4.2展望 18
参考文献 19
致谢 20
绪论
随社会的发展，环境与能源问题日益严重。首先，人类主要使用的能源是化石能源，而化石能源属于一次能源，在不断的减少，同时化石能源的燃烧对环境的影响越来越严重。这便需要发展新的能源。热电材料是一种绿色能源材料，可以将热能与电能进行相互转化，所制作成的器件在工作时无噪音、无污染及使用寿命长等优点，在发电与制冷上具有很大的优势，同时可以将余热回收转化为电能，便能极大的解决能源问题。与传统的热电材料相比，HalfHeusler热电材料的机械性能和热稳定性好且无毒性，所用到的元素也较为廉价等优点，在中高温区（>650 K）环境下有巨大的潜力。
1.1热电效应
热电现象是指金属导体或半导体受到通过的电流或者外界的温度的影响所发生的一系列现象。热电现象的发现及早期研究是从十九世纪开始的，是由西欧的科学家完成的相关工作[]。研究热电材料的基础便是热电效应，而热电效应有塞贝克效应（Seebeck Effect)、帕尔贴效应（Peltier Effect）和汤姆逊效应（Thomson Effect），是以三位发现者的姓氏来命名的。
1）塞贝克效应
德国科学家塞贝克（Seebeck）在1821年研究发现:由两种不同金属导体形成的闭合回路，在加热其中一个金属连接点时，放置在回路旁边的指南针会发生偏转[]。经过研究发现使指南针发生偏转的原因是两金属导体接触点的温差使回路产生电流，即有磁场出现使指南针发生偏转。对这一现象的描述是：在两种不同金属导体形成的回路中施加一个温度梯度时，其两端会产生一个电势差。这就是塞贝克效应。
如图1.1（a）所示，由导体A和导体B串联构成的回路中，当接头1处的温度和接头2处的温度不等时，即,则在导体B的开路位置出现一个电位差，其数值为
(1.1）
式中为比例常数，被定义为导体A和导体B的相对Seebeck系数，即
(1.2）
塞贝克系数单位为,因为塞贝克系数比较小，所以常用单位为。由于可负可正，所以也有负有正。通常规定：在冷接头处，电流由导体A流向导体B，塞贝克系数为负值，反之则为正值[]。
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图 1.1 ( a )塞贝克效应示意图，( b )帕尔贴效应示意图
帕尔贴效应
法国科学家帕尔贴（Peltier）在1834年研究发现：在两种不同金属导体构成的的回路。在其两端加一个电动势，使电流流经导体，此时两金属导体的接头一端出现放热现象，而另一端出现吸热现象。帕尔贴效应是塞贝克的逆效应。
如图1.1（b）所示，在导体B的开路位置两端加一个电压,即回路中有电流产生，同时AB两导体的接触点出现温差，其一端吸收热量，而另一端放出热量。其吸放热速率为
（1.3）
式中，为流过回路的电流，为比例常数，定义为AB两导体的相对帕尔贴系数。即
（1.4）
帕尔贴系数的单位为。两导体的接头是放热还是吸热取决于通过回路的电流方向，而当改变流过回路的电流方向时，原先吸热的接头变为放热，原先放热的接头变为吸热[]。
汤姆逊效应
英国科学家汤姆逊（Thomson）在1851年研究提出了，当电流流过一段导体且导体存在温差时，导体会放出或者吸收热量来维持原有的温差。这一现象就是汤姆逊效应。如图1.2所示通过导体中的电流为，温差为，则导体放出或吸收热量的速率为
（1.5）
式中为比例常数，被定义为Thomson系数，其单位为。若温度梯度方向和电流方向一致，且导体放热，则Thomson系数为负，若导体吸热，则Thomson系数为正[]。
汤姆逊通过热力学理论推导发现了Seebeck系数、Peltier系数和Thomson系数三者之间的关系[]。即Seebeck系数和Peltier系数的关系为
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