CN101197420A - 稀土掺杂Mg2Si基热电材料 - Google Patents
稀土掺杂Mg2Si基热电材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101197420A CN101197420A CNA2007101943239A CN200710194323A CN101197420A CN 101197420 A CN101197420 A CN 101197420A CN A2007101943239 A CNA2007101943239 A CN A2007101943239A CN 200710194323 A CN200710194323 A CN 200710194323A CN 101197420 A CN101197420 A CN 101197420A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rare earth
- doping
- thermoelectric
- thermoelectric material
- mg2si
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 19
- 229910019752 Mg2Si Inorganic materials 0.000 title abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 13
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 claims description 13
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 13
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 13
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000003701 mechanical milling Methods 0.000 abstract 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 51
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 12
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 12
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 12
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 11
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N dysprosium atom Chemical compound [Dy] KBQHZAAAGSGFKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N gadolinium atom Chemical compound [Gd] UIWYJDYFSGRHKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Silicon Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种稀土掺杂Mg2Si基热电材料。是利用稀土进行掺杂来提高材料的热电性能。在熔炼时直接加入稀土,然后将熔炼好的材料机械球磨后热压,得到Mg2-xSiREx的块状热电材料,其中RE表示稀土元素,x=0.002~0.01。本发明的稀土掺杂的Mg2Si基热电材料的热电性能优于未掺杂的Mg2Si热电材料,掺杂的稀土元素包括重稀土和轻稀土,其机理是稀土元素具有和碱土金属类似的性质,当稀土元素加入后,容易取代Mg位,作为施主掺杂,提高载流子浓度,从而提高材料的热电性能。
Description
技术领域
本发明涉及热电材料,尤其是涉及一种稀土掺杂Mg2Si基热电材料。
技术背景
热电材料是一种通过载流子(电子或空穴)的运动实现电能和热能直接相互转换的半导体材料。当热电材料两端存在温差时,热电材料能将热能转化为电能输出;或反之在热电材料中通以电流时,热电材料能将电能转化为热能,一端放热而另一端吸热。热电材料在制冷或发电等方面有广泛的应用背景。用热电材料制造的发电装置可作为深层空间航天器、野外作业、海洋灯塔、游牧人群使用的电源,或用于工业余热、废热发电。用热电材料制造的制冷装置体积小、不需要化学介质,可应用于小型冷藏箱、计算机芯片和激光探测器等的局部冷却、医用便携式超低温冰箱等方面,更广泛的潜在应用领域将包括:家用冰箱、冷却,车用或家用空调装置等。用热电材料制造的装置具有无机械运动部件、无噪声、无磨损、结构简单、体积形状可按需要设计等突出优点。
热电材料的性能用“热电优值”Z表征:Z=(α2σ/κ)。这里α是材料的热电势系数,σ是电导率,κ是热导率。Mg2Si热电材料具有原料丰富,价格低廉,无毒无污染的特点,但其热电性能仍有待于进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土掺杂Mg2Si基热电材料,通过稀土掺杂,提高载流子浓度,从而提高Mg2Si基热电材料的Z值。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下:
在Mg2Si热电材料中掺入稀土元素,得到Mg2-xSiREx的块状热电材料,其中RE表示稀土元素,x=0.002~0.01。
所述的掺入稀土元素为轻稀土元素或重稀土元素。所述的轻稀土为La、Ce、Pr、Nd、Sm或Gd。所述的重稀土为Dy、Er或Yb。
本发明的材料采用Ar气氛下感应熔炼后真空热压的方法制备而成。具体操作步骤如下:将原料按化学剂量比Mg2-xSiREx计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料机械球磨后,在850℃,80MPa下真空热压40min。
本发明具有的有益效果是:
本发明稀土掺杂的Mg2Si基热电材料的热电性能优于现有的Mg2Si热电材料。其机理是稀土元素具有和碱土金属类似的性质,当稀土元素加入后,容易取代Mg位,作为施主掺杂,提高载流子浓度,从而提高材料的热电性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细阐述。
实施例1
将原料(纯镁、纯硅和纯镧)按化学剂量比Mg1.995SiLa0.005计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到La掺杂的Mg1.995SiLa0.005块状样品。
实施例2
将原料(纯镁、纯硅和纯铈)按化学剂量比Mg1.998SiCe0.002计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Ce掺杂的Mg1.998SiCe0.002块状样品。
实施例3
将原料(纯镁、纯硅和纯镨)按化学剂量比Mg1.995SiPr0.005计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Pr掺杂的Mg1.995SiPr0.005块状样品。
实施例4
将原料(纯镁、纯硅和纯钕)按化学剂量比Mg1.99SiNd0.01计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Nd掺杂的Mg1.99SiNd0.01块状样品。
实施例5
将原料(纯镁、纯硅和纯钐)按化学剂量比Mg1.998SiSm0.002计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Sm掺杂的Mg1.998SiSm0.002块状样品。
实施例6
将原料(纯镁、纯硅和纯钆)按化学剂量比Mg1.998SiGd0.002计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Gd掺杂的Mg1.998SiGd0.002块状样品。
实施例7
将原料(纯镁、纯硅和纯镝)按化学剂量比Mg1.995SiDy0.005计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Dy掺杂的Mg1.995SiDy0.005块状样品。
实施例8
将原料(纯镁、纯硅和纯铒)按化学剂量比Mg1.995SiEr0.005计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Er掺杂的Mg1.995SiEr0.005块状样品。
实施例9
将原料(纯镁、纯硅和纯镱)按化学剂量比Mg1.99SiYb0.01计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Yb掺杂的Mg1.99SiYb0.01块状样品。
对比例
将原料(纯镁和纯硅)按化学剂量比Mg2Si计算称量后,在Ar气保护下感应熔炼,然后将材料球磨过38.5μm(400目)后,在850℃,80MPa下真空热压40min,得到Mg2Si块状样品。
以上所述的纯镁、纯硅和纯稀土(镧、铈、镨、钕、钐、钆、镝、铒、镱),均为99.9%以上。
性能检测:
材料的热导率κ根据采用Netzsch LFA-457型激光脉冲热分析仪测量的热扩散系数、采用Netzsch DSC-404型差分比热仪测量的比热以及材料的密度计算得到。材料的热电势系数α采用Agilent 34970A数据采集仪测量给定温差试样两端电势差计算得到,材料的电导率σ采用四电极法测量。材料的热电优值Z根据上述测量值按Z=(α2σ/κ)计算得到。
热电性能测量结果列表:
实例 | 材料化学组成 | Z(10-6K-1) |
实施例1 | Mg1.995SiLa0.005 | 543 |
实施例2 | Mg1.998SiCe0.002 | 525 |
实施例3 | Mg1.995SiPr0.005 | 554 |
实施例4 | Mg1.99SiNd0.01 | 590 |
实施例5 | Mg1.998SiSm0.002 | 587 |
实施例6 | Mg1.998SiGd0.002 | 512 |
实施例7 | Mg1.995SiDy0.005 | 509 |
实施例8 | Mg1.995SiEr0.005 | 521 |
实施例9 | Mg1.99SiYb0.01 | 542 |
对比例 | Mg2Si | 478 |
Claims (4)
1.一种稀土掺杂Mg2Si基热电材料,其特征在于:材料的化学组成为Mg2-xSiREx,其中RE表示稀土元素,x=0.002~0.01。
2.根据权利要求1所述的一种稀土掺杂Mg2Si基热电材料,其特征在于:所述的掺入稀土元素为轻稀土元素或重稀土元素。
3.根据权利要求2所述的一种稀土掺杂Mg2Si基热电材料,其特征在于:所述的轻稀土为La、Ce、Pr、Nd、Sm或Gd。
4.根据权利要求2所述的一种稀土掺杂Mg2Si基热电材料,其特征在于:所述的重稀土为Dy、Er或Yb。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2007101943239A CN100499194C (zh) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | 稀土掺杂Mg2Si基热电材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CNB2007101943239A CN100499194C (zh) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | 稀土掺杂Mg2Si基热电材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101197420A true CN101197420A (zh) | 2008-06-11 |
CN100499194C CN100499194C (zh) | 2009-06-10 |
Family
ID=39547665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CNB2007101943239A Expired - Fee Related CN100499194C (zh) | 2007-12-13 | 2007-12-13 | 稀土掺杂Mg2Si基热电材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN100499194C (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102583391A (zh) * | 2012-01-19 | 2012-07-18 | 太原理工大学 | 高纯纳米粉体Mg2-xSiTMx热电材料的制备方法 |
CN102874818A (zh) * | 2011-07-11 | 2013-01-16 | 浙江仪和岚新能源科技有限公司 | 一种制备硅化镁粉体的方法 |
CN102897768A (zh) * | 2012-09-06 | 2013-01-30 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 一种Mg2Si热电材料的制备方法 |
CN103553053A (zh) * | 2013-11-01 | 2014-02-05 | 内蒙古科技大学 | 利用微波热处理制备稀土掺杂Mg2Si粉体的方法 |
CN103915559A (zh) * | 2014-04-12 | 2014-07-09 | 宁波工程学院 | Zn元素掺杂Mg2Si基热电材料 |
CN105220118A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-01-06 | 福州大学 | 一种Al掺杂Mg2Si基热电薄膜及其制备方法 |
CN112725898A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 中国空间技术研究院 | 可用于热电材料的化合物及其制备方法 |
-
2007
- 2007-12-13 CN CNB2007101943239A patent/CN100499194C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102874818A (zh) * | 2011-07-11 | 2013-01-16 | 浙江仪和岚新能源科技有限公司 | 一种制备硅化镁粉体的方法 |
CN102583391A (zh) * | 2012-01-19 | 2012-07-18 | 太原理工大学 | 高纯纳米粉体Mg2-xSiTMx热电材料的制备方法 |
CN102583391B (zh) * | 2012-01-19 | 2013-10-30 | 太原理工大学 | 高纯纳米粉体Mg2-xSiTMx热电材料的制备方法 |
CN102897768A (zh) * | 2012-09-06 | 2013-01-30 | 中国科学院青海盐湖研究所 | 一种Mg2Si热电材料的制备方法 |
CN103553053A (zh) * | 2013-11-01 | 2014-02-05 | 内蒙古科技大学 | 利用微波热处理制备稀土掺杂Mg2Si粉体的方法 |
CN103553053B (zh) * | 2013-11-01 | 2015-07-01 | 内蒙古科技大学 | 利用微波热处理制备稀土掺杂Mg2Si粉体的方法 |
CN103915559A (zh) * | 2014-04-12 | 2014-07-09 | 宁波工程学院 | Zn元素掺杂Mg2Si基热电材料 |
CN103915559B (zh) * | 2014-04-12 | 2016-08-17 | 宁波工程学院 | Zn元素掺杂Mg2Si基热电材料 |
CN105220118A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-01-06 | 福州大学 | 一种Al掺杂Mg2Si基热电薄膜及其制备方法 |
CN112725898A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-30 | 中国空间技术研究院 | 可用于热电材料的化合物及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN100499194C (zh) | 2009-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100499194C (zh) | 稀土掺杂Mg2Si基热电材料 | |
Sarbu et al. | A comprehensive review of solar thermoelectric cooling systems | |
CN100499193C (zh) | 稀土掺杂Mg2Si0.6.Sn0.4基热电材料 | |
CN104261357B (zh) | 一种Bi2O2Se基热电材料及其制备方法 | |
US20100155675A1 (en) | Filled Skutterudites for Advanced Thermoelectric Applications | |
CN103872237A (zh) | 铜硫基高性能热电材料及其制备方法 | |
CN102280570B (zh) | 一种微量Cu掺杂Bi2S3基热电材料 | |
CN103474567B (zh) | 一种低维纳米银/Bi2Te3基热电复合材料及其制备方法 | |
CN106898690A (zh) | 一种稀土掺杂SnTe基热电材料 | |
US20200220063A1 (en) | Low-temperature high-performance thermoelectric material and preparation method thereof | |
CN101101954A (zh) | 一种镉锑基p型热电材料及其制备方法 | |
CN105671344A (zh) | 一步制备高性能CoSb3基热电材料的方法 | |
CN107565011A (zh) | 基于Ga元素掺杂有效提高PbTe热电性能的方法 | |
CN107010609B (zh) | 一种p-型Cu4Ga6Te11基中温热电半导体 | |
JP6250172B2 (ja) | 高性能指数のP型FeNbTiSb熱電材料およびその調製方法 | |
CN104627968B (zh) | 一种p-型Mn-Zn-Te中高温热电化合物的制备工艺 | |
CN103320666B (zh) | Ag-In-Zn-Se四元热电半导体及其制备工艺 | |
CN104843654A (zh) | P-型Ga-Cd-S-Te四元化合物中温热电合金及其制备工艺 | |
CN101905972A (zh) | 一种铝掺杂的氧化锌基热电材料及其制备方法 | |
CN106981564B (zh) | p-型Ag3In7Te12基中高温热电材料及其制备工艺 | |
CN103924109B (zh) | 一种自蔓延燃烧合成超快速制备高性能CoSb3基热电材料的方法 | |
CN105140383A (zh) | 复合掺Sr和Na的PbSe基热电材料及其制备方法 | |
CN101118946B (zh) | 一种钡锌锑基p型热电材料及其制备方法 | |
CN105750557B (zh) | n-型In6Se7基热电半导体的制备工艺 | |
CN103050618A (zh) | 一种热电材料及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090610 Termination date: 20131213 |