方钴矿表面高结合强度且低接触电阻率接触层研究
批准号:
51871082
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
蔡伟
依托单位:
学科分类:
E0103.金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
孟宪福、郭逢凯、周竞超、秦丹丹、秦海旭
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中文摘要
热电材料表面接触层直接决定着热电器件的转化效率。本项目针对兼具ZT值高且力学性能优异的中温热电器件用方钴矿热电材料的表面接触层开展研究。采用放电等离子烧结一步法在p型和n型方钴矿表面分别制备出结合力良好、低接触电阻率的Fe基和CoSi2基合金接触层。研究接触层和方钴矿的基本物性及界面结构,查明界面结构、功函数及方钴矿载流子浓度与结合力和接触电阻间的关系,揭示结合力良好和低接触电阻率的物理本质。研究服役条件下界面结构演化规律及其对结合力和接触电阻的影响规律及机制,建立接触层成分-界面结构-结合力和接触电阻间的内在联系,优化出长期服役下界面结构稳定、结合力良好和低接触电阻的接触层成分设计准则,为中温废热发电用方钴矿热电器件奠定基础。
英文摘要
Conversion efficiency of thermoelectric device is determined by the contact layer on the surface of the thermoelectric materials. Study on the contact layer on the surface of skutterudites (SKUs) with relative high ZT value and excellent mechanical properties used for middle temperature thermoelectric device is investigated. Fe-based and CoSi2-based contact layer with good adhesion strength and low contact resistance are fabricated on the surface of p-type and n-type SKUs by one-spot spark plasma sintering, respectively. The fundamental physical properties and interface structure of the contact layer and the SKUs are studied. The relationship about interface structure, work function, carrier concentration of SKUs, adhesion strength and contact resistance is established. The internal mechanism on the good adhesion strength and low contact resistance is clarified. The evolution of interface structure is investigated under the service condition. The influence of service condition on the adhesion and contact resistance is also investigated. The internal relationship on the composition of contact layer, interface structure, adhesion strength and contact resistance is established. The design principle on the composition of contact layer with stable interface structure, good adhesion strength and low contact resistance under the long time service condition is optimized. This study will lay the foundation for the skutterudites thermoelectric devices for the electricity generation from the middle waste.
制备了高结合强度且低接触电阻率的n型方钴矿TiAl接触层和p型方钴矿FeCrCo接触层,研究了接触层和方钴矿的基本物性及界面结构,查明了烧结和退火工艺参数对材料/接触层界面组织结构、结合强度和接触电阻率的影响规律,揭示了结合力良好和低接触电阻率的物理本质。通过改善制备方法,提高成材率,实现了方钴矿材料的放量制备。系统研究了方钴矿器件的高温端连接工艺,获得了高强低阻接头,通过有限元数值模拟优化结构尺寸设计,制备了具有高转化效率和高输出功率的方钴矿中温发电器件。突破传统接触层材料筛选方法,提出基于原位自生第二相的新型接触层材料筛选方案,开发出CoAl和Fe3Si等潜在的高温稳定高强低阻接触层材料。发表标注基金号SCI 收录论文40篇;获授权国家发明专利6项。培养了博士生7名,其中已毕业4名;硕士生5名,其中已毕业2名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Nanotwins Strengthening High Thermoelectric Performance Bismuth Antimony Telluride Alloys.
Nanotwins 强化高热电性能碲化铋锑合金
DOI:10.1002/advs.202200432
发表时间:2022-05
期刊:ADVANCED SCIENCE
影响因子:15.1
作者:Qin, Haixu;Qu, Wanbo;Zhang, Yang;Zhang, Yongsheng;Liu, Zihang;Zhang, Qian;Wu, Haijun;Cai, Wei;Sui, Jiehe
通讯作者:Sui, Jiehe
Cooperative regulation of electrical and thermal transport behavior enhancing the thermoelectric performance of SnTe
电和热传输行为的协同调节增强 SnTe 的热电性能
DOI:10.1016/j.mtphys.2021.100556
发表时间:2021-10
期刊:Materials Today Physics
影响因子:11.5
作者:Bo Cui;Yuxin Sun;Yiyue Jiang;Wenjing Shi;Xiaosong Zhou;Shuming Peng;Wei Cai;Fengkai Guo;Jiehe Sui
通讯作者:Jiehe Sui
Enhanced thermoelectric properties of Zintl phase YbMg2Bi1.98 through Bi site substitution with Sb
通过用 Sb 取代 Bi 位来增强 Zintl 相 YbMg2Bi1.98 的热电性能
DOI:10.1016/j.jmst.2020.04.052
发表时间:2020-12
期刊:Journal of Materials Science & Technology
影响因子:10.9
作者:Wang Jing;Guo Muchun;Zhu Jianbo;Qin D;an;Guo Fengkai;Zhang Qian;Cai Wei;Sui Jiehe
通讯作者:Sui Jiehe
High thermoelectric performance from high carrier mobility and reduced lattice thermal conductivity in Ba, Yb double-filled Skutterudites
Ba、Yb 双填充方钴矿中的高载流子迁移率和降低的晶格热导率带来高热电性能
DOI:10.1016/j.mtphys.2019.03.001
发表时间:2019-03
期刊:Materials Today Physics
影响因子:11.5
作者:D;an Qin;Bo Cui;X. Meng;P. Qin;L. Xie;Qian Zhang;W. Liu;Jian Cao;Wei Cai;Jiehe Sui
通讯作者:Jiehe Sui
Fabrication of Pdop/Ag/Pdop Film on NiTi Alloys for Enhancing Their Corrosion Resistant and Antibacterial Properties
NiTi合金上制备Pdop/Ag/Pdop薄膜以增强其耐腐蚀和抗菌性能
DOI:10.1166/sam.2019.3705
发表时间:2019-12
期刊:Science of Advanced Materials
影响因子:0.9
作者:Yongkui Yin;Ying Li;Wei Cai;Jiehe Sui
通讯作者:Jiehe Sui
高性能室温立方无铅碲化锗基热电材料研究
- 批准号:52271206
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
记忆合金辐照诱发多类型缺陷与局域马氏体相变及功能行为关联性研究
- 批准号:51731005
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:300.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
Ni-Mn-Ga铁磁记忆合金质子辐照效应及其机理研究
- 批准号:51471060
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:85.0万元
- 批准年份:2014
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
细晶Ni-Mn-Ga-Gd合金薄膜马氏体相变的尺寸效应与高温形状记忆特性
- 批准号:51271065
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
Ti-Ta高温记忆合金ω相析出行为与马氏体相变稳定性机理研究
- 批准号:51071059
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
低门槛值镍锰镓/磁致伸缩粒子磁驱动形状记忆复合材料研究
- 批准号:50971052
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
应力、温度和磁场耦合作用下的马氏体相变理论研究及其在新材料设计中的应用
- 批准号:50531020
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:160.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
新型高密度快擦写相变光存储TiNi合金薄膜研究
- 批准号:50471018
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:27.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
Ni-Mn-Ga磁驱动形状记忆合金薄膜研究
- 批准号:50371022
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:29.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:蔡伟
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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