熔融旋甩制备Co掺杂TiNiCoxSn合金的热电性能

TiNiSn基half-Heusler高温热电材料具有较高的功率因子,但其也具有较高的晶格热导率,这极大地阻碍了其热电性能的提升.本文采用熔融旋甩快淬与放电等离子烧结工艺制备TiNiCoxSn(x=0-0.05)样品,研究磁性Co元素掺杂对材料的相组成、微观结构和热电性能.结果表明,该制备工艺能够直接获得纳米晶的TiNiCoxSn样品.在纳米晶影响下的样品的热导率明显低于块体材料的热导率,平均降幅约为17.8％.在Co掺杂后样品的晶粒尺寸进一步降低,与TiNiSn基体相比,TiNiCoxSn样品的热导率显著降低,最大降幅约为38.9％,其中晶格热导率最低值为3.19 W/(m.K),最大降幅约为42.6％.随着Co掺杂量x的增大TiNiCoxSn样品出现n/p转变,电导率随x增大而逐渐下降,电输运性能劣化,功率因子缓慢减小,其中TiNiSn样品在700 K时获得29.56 W/(m.K2)的最高功率因子.ZT值随Co掺杂量x的增大而逐渐降低,TiNiSn样品在900 K时的最大ZT值为0.48.本工作表明采用熔融旋甩制备工艺及磁性Co掺杂能够有效降低TiNiSn材料的热导率.