Improvement of Thermoelectric Properties of Iron Disilicide by Plasma Processing and Its Relation with Microstructure

等离子体处理改善二硅化铁热电性能及其与微观结构的关系

基本信息

  • 批准号:
    07680534
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.47万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1995
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1995 至 1996
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

To improve the thermoelectric figure-of-merit of FeSi_2 and SiGe ceramics, we have employed rf-plasma processing of micrograins prior to sintering. Either SiH_4 or GeH_4 were used as plasma gas for processing. The plasma processed grains were sintered by the ordinary method and the thermoelectric properties of the resultant ceramic specimens were measured. The experimental results are shown in the followings :(1) Plasma-processed ceramics shows electrical conductivity higher than non-processed ceramics. This conductivity increase occurs by either SiH_4 or GeH_4 plasma processing. The Hall measurements revealed that the conductivity increase is mainly due to the increase of carrier mobility.(2) Electron paramagnetic resonance study indicates that some paramagnetic centers are annihilated by plasma processing. The conductivity increase is probably due to the decrease of potential barrier height at grain boundaries.(3) In case of SiH_4 plasma processing, no significant change was oberved in thermal conductivity. However, GeH_4 plasma processing reduces the thermal conductivity.(4) The effect of plasma procesisng on Seebeck coefficient is somewhat complicated, but in most cases plasma processing increases the Seebeck.(5) The effects of plasma processing described above are observed not only for FeSi_2 but also SiGe ceramics.On the basis of these experimental results, we can summarize the effect of plasma processing on FeSi_2 and SiGe ceramics as follows.(1) Plasma processing and resulting microstructure modification improve the thermoelectric properties of FeSi_2 and SiGe ceramics by factor 2 or 3.(2) SiH_4 plasma processing is effective to the electrical conductivity improvement, but GeH_4 plasma processing primarily contributes to the decrease of thermal conductivity. Therefore, it is expected that plasma processing with suitably mixed SiH_4 and GeH_4 gases further improves the themoelectric properties.
为了提高FeSi_2和SiGe陶瓷的热电性能,我们在烧结前对微颗粒进行了射频等离子体处理。采用SiH_4或GeH_4作为等离子体气体进行处理。采用普通方法对等离子体处理后的晶粒进行烧结,并对所得陶瓷试样的热电性能进行了测量。实验结果表明:(1)等离子体处理陶瓷的电导率高于未处理陶瓷。这种电导率的增加发生在SiH_4或GeH_4等离子体处理中。霍尔测量表明,电导率的增加主要是由于载流子迁移率的增加。(2)电子顺磁共振研究表明一些顺磁中心被等离子体处理湮灭。电导率的增加可能是由于晶界势垒高度的降低。(3)在SiH_4等离子体处理下,导热系数没有明显变化。然而,GeH_4等离子体处理降低了热导率。(4)等离子体处理对塞贝克系数的影响比较复杂,但在大多数情况下,等离子体处理增加了塞贝克系数。(5)等离子体处理不仅对FeSi_2有影响,对SiGe陶瓷也有影响。根据这些实验结果,我们可以总结出等离子体处理对FeSi_2和SiGe陶瓷的影响如下:(1)等离子体处理和由此产生的显微结构改性使FeSi_2和SiGe陶瓷的热电性能提高了2或3倍。(2) SiH_4等离子体处理对电导率的提高是有效的,而GeH_4等离子体处理对电导率的降低起主要作用。因此,期望通过适当混合SiH_4和GeH_4气体的等离子体处理进一步改善热电性能。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
K.Kishimoto, Y.Nagamoto, T.Miki, T.Koyanagi and K.Matsubara: "Thermoelectric properties of SiGe ceramics sintered with GeH_4 plasma processed micrograins" Proc.14th Int.Conf.Thermoelectrics. 274-276 (1995)
K.Kishimoto、Y.Nagamoto、T.Miki、T.Koyanagi 和 K.Matsubara:“用 GeH_4 等离子体处理的微晶粒烧结的 SiGe 陶瓷的热电性能”Proc.14th Int.Conf.Thermoelectrics。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Kishimoto,他5名: "Microstructure control of FeSi_2 ceramics by rf-plasma processing in SiH_4 and GeH_4" AlP Conference Procedings. 316. 123-126 (1995)
K. Kishimoto 和其他 5 人:“SiH_4 和 GeH_4 中射频等离子体处理对 FeSi_2 陶瓷的微观结构控制”AlP 会议记录,316. 123-126 (1995)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
岸本堅剛,他2名: "プラズマプロセス技術による熱電変換材料の微細構造制御" 材料科学. 33巻. 54-60 (1996)
Kengo Kishimoto 等人:“使用等离子体处理技术的热电转换材料的精细结构控制”材料科学卷 33. 54-60 (1996)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
T.Miki,他3名: "Effect of intergrain defects on thermoelectric properties of FeSi_2" Proceedings of 14th lnternational Conferece on Thermoelectircs. 227-230 (1995)
T.Miki 等 3 人:“晶间缺陷对 FeSi_2 热电性能的影响”第 14 届国际热电学会议论文集 227-230 (1995)。
  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
K.Kishimoto, Y.Nagamoto, K.Nagao, T.Miki, T.Koyanagi and K.Matsubara: "Microstructure control of FeSi_2 ceramics by rf-plasma processing in SiH_4 and GeH_4" AIP Conference Proc.316. 123-126 (1995)
K.Kishimoto、Y.Nagamoto、K.Nagao、T.Miki、T.Koyanagi 和 K.Matsubara:“SiH_4 和 GeH_4 中射频等离子体处理对 FeSi_2 陶瓷的微观结构控制”AIP 会议 Proc.316。
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