块体热电材料的热变形诱导再结晶与性能优化

批准号:
51271165
项目类别:
面上项目
资助金额:
83.0 万元
负责人:
赵新兵
依托单位:
学科分类:
E0110.金属生物与仿生材料
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘晓华、沈俊杰、姜广宇、谢涵卉、胡利鹏、王永政
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中文摘要
结构纳米化是提高块体热电材料性能的最有效途径之一。发展热电性能空间分布均一的千克级纳米结构块体热电材料可控制备技术是实现热电材料规模化应用的关键性需求和挑战。热变形诱导再结晶(HDIR)是一种不依赖于固态相变、具有可放大应用潜力的块体热电材料原位纳米化制备新技术。本项目选择分别具有典型晶体结构的碲化铋基合金和镁硅基合金热电材料,通过对百克级至千克级大块体材料在HDIR过程中的微结构形成演变规律、变形应力和微结构空间分布特征及其对热电性能影响的系统研究,阐明金属间化合物热电材料的热变形行为和10纳米级微结构形成机制,揭示HDIR处理对纳米结构大块体材料中合金元素在界面处的分布特征以及对有效载流子浓度的影响,探索通过HDIR处理实现大块体热电材料中电声输运协同调控和热电性能突破的途径,并在此基础上发展具有局部性能分布均一的高性能千克级大块体纳米结构热电材料可控制备技术。
英文摘要
Nanostructurization is one of the most efficient routes to improve the properties of bulk thermoelectric materials. The fabrication of nanostructured thermoelectric materials with a homogeneous property distribution in kilogram large bulks is one of the most crucial demands and challenges for the scale applications of thermoelectric materials. Hot-deformation induced recrystallization (HDIR) is a new, facile, phase transformation independent and scalable technique to make bulk thermoelectric materials nanostructured in-situ. Here we propose to investigate the microstructure formation during HDIR in large bulk thermoelectric materials, the spacial distribution of the deformation stress and microstructures, and their effects on the thermoelectric properties, using bismuth telluride and magnesium silicide based alloys, as both represent two typical crystal structures. The proposed investigation is aimed at revealing the hot-reformation behaviors and the formation of 10-nm structures in thermoelectric intermetallic compounds, exploring the possibility of improving thermoelectric figure of merits of large bulk materials with HDIR treatment, and developing scalable, controllable fabrication techniques for high-ZT large bulk thermoelectric materials with a homogeneous property distribution.
本项目重点围绕具有典型准层状晶体结构和强烈各向异性的碲化铋基热电材料研究块体热电材料在热变形处理过程中的微观组织结构以及对电声输运行为的影响规律。项目从理论和实验上深入研究了材料热变形处理过程中,从宏观尺度的织构、微米纳米尺度的晶粒组织到原子尺度的晶格扭曲、位错和点缺陷的多尺度微观组织结构形成演变规律,以及它们对载流子和声子输运的影响作用。本项目研究发现,这种多尺度微结构源于热变形过程中的本征点缺陷重构,位错等晶体缺陷的快速增殖及其诱导的动态再结晶。本项目研究阐明了碲化铋基等典型热电材料的热变形诱导动态再结晶机制,发展了微米/纳米复合结构的块体热电材料的可控制备技术,实现了热电材料性能的显著提高;揭示了热变形过程对材料中点缺陷的影响规律,发展了通过热变形处理调控载流子浓度和材料热电性能峰值温度的新技术。本项目通过系统研究典型金属间化合物热电材料中的本征点缺陷,提出并应用点缺陷工程新方法,有效提高了多种热电材料的性能。本项目发表标注SCI论文19篇,其中包括:Adv Mater子刊5篇、NPG Asia Mater论文2篇、Adv Sci论文1篇、J Mater Chem系列3篇、Acta Mater论文2篇。截止2016年12月30日,本项目发表的标注论文已被SCI论文他引367次,最高单篇论文他引55次。本项目有关热变形技术和点缺陷工程概念等方面的研究成果已引起本领域同行广发关注,并被应用于多种热电材料体系。本项目已全面完成项目研究目标。
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
Point Defect Engineering of High-Performance Bismuth-Telluride-Based Thermoelectric Materials
高性能碲化铋基热电材料的点缺陷工程
DOI:10.1002/adfm.201400474
发表时间:2014-09-01
期刊:ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
影响因子:19
作者:Hu, Lipeng;Zhu, Tiejun;Zhao, Xinbing
通讯作者:Zhao, Xinbing
DOI:10.1063/1.4831668
发表时间:2013-11
期刊:Journal of Applied Physics
影响因子:3.2
作者:Yongzhen Wang;C. Fu;T. Zhu;Lipeng Hu;G. Jiang;Guanghui Zhao;D. Huo;Xinbing Zhao
通讯作者:Yongzhen Wang;C. Fu;T. Zhu;Lipeng Hu;G. Jiang;Guanghui Zhao;D. Huo;Xinbing Zhao
DOI:10.1016/j.actamat.2014.10.062
发表时间:2015-02-01
期刊:ACTA MATERIALIA
影响因子:9.4
作者:Xu, Z. J.;Hu, L. P.;Zhu, T. J.
通讯作者:Zhu, T. J.
Ioffe-Regel limit and lattice thermal conductivity reduction of high performance (AgSbTe2)15(GeTe)85 thermoelectric materials
高性能(AgSbTe2)15(GeTe)85热电材料的Ioffe-Regel极限和晶格热导率降低
DOI:10.1039/c3ta15147f
发表时间:2014-01-01
期刊:JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
影响因子:11.9
作者:Zhu, Tiejun;Gao, Hongli;Zhao, Xinbing
通讯作者:Zhao, Xinbing
Enhanced figure of merit in antimony telluride thermoelectric materials by In-Ag co-alloying for mid-temperature power generation
通过 In-Ag 共合金提高中温发电碲化锑热电材料的品质因数
DOI:10.1016/j.actamat.2014.11.023
发表时间:2015-02-15
期刊:ACTA MATERIALIA
影响因子:9.4
作者:Hu, L. P.;Zhu, T. J.;Zhao, X. B.
通讯作者:Zhao, X. B.
碲化铋基热电材料中类施主效应的形成机制与有效控制
- 批准号:51871199
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
贫镁Mg2Si基热电材料的晶体结构与电声输运
- 批准号:51571177
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:70.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
高性能热电材料的非平衡态制备科学和电声输运协调
- 批准号:50731006
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:170.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
汽车发动机余热温差发电用高电导/低热导型FeSi2基热电材料
- 批准号:50522203
- 项目类别:联合基金项目
- 资助金额:29.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
Bi2Te3纳米管及纳米复合热电材料
- 批准号:50471039
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:29.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
稀土元素插层化合物的能带结构和热电特性
- 批准号:50171064
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
金属硅化物热电材料中声子在晶体缺陷处的散射研究
- 批准号:59971044
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:15.0万元
- 批准年份:1999
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
硅基金属间化合物的微观结构和吸收锂电化学特性
- 批准号:59771032
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:12.0万元
- 批准年份:1997
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
铝-锂合金材料中受织构影响的晶粒长大的研究
- 批准号:59101004
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:4.5万元
- 批准年份:1991
- 负责人:赵新兵
- 依托单位:
国内基金
海外基金
