1. 研究目的与意义（文献综述）

热电转换是一种新兴的清洁能源技术,可实现热能和电能的直接转换,提高能源的使用效率,降低石化能源的消费比重,减少二氧化碳的排放,达到保护环境的目的^[1]。热电材料是一种利用seebeck效应或peltier效应实现热能和电能直接转换的功能材料，在工业余热发电和热电制冷等领域具有重要和广泛应用^[2]。方钴矿热电材料在中温区具有优异的电性能，被认为是一种非常具有应用潜力的热电材料^[3]。然而其较高的晶格热导率制约了其能量转换效率，因而，如何降低方钴矿热电材料的热导率具有重要的科学和现实意义^[4]，除此之外，较差的力学性能也成为制约方钴矿应用的重要瓶颈，如何提高方钴矿的力学性能是当今新能源研究的热点^[5]，本课题就将重点探究改善方钴矿力学性能的工艺和方法。

高温高压烧结是近年来被用于纳米粉体材料成型的一种有效方法,它将温度与压力两个关键条件同时引入到材料的制备过程中，使晶格和电子结构发生改变，从而达到优化材料的目的^[6]。与传统的sps烧结技术以及热压烧结技术相比，高温高压烧结技术烧结效能高，在短时间内能够把材料烧结致密均匀，经过高温高压方法制备所得的热电材料具有良好的力学性能，同时能抑制纳米方钴矿晶粒的长大，使得方钴矿热电材料颗粒维持在纳米级^[7]。有研究表明，热电复合材料的力学性能以及热电转换效率都与材料的纳米颗粒尺寸有重要的关系，这是因为粒径较小的颗粒与基体材料之间有较大的粘结强度，随着纳米材料粒径减小，表面原子数增加，由于表面原子周围缺少相邻的原子，故有许多悬空键，这种不饱和性造成很高的化学活性，促使其易与其它原子结合而稳定下来，所以表现出较好的力学性能^[8]。另外，纳米颗粒也会引起晶界散射，造成热电材料的晶格热导率降低，从而提高热点优值（zt），增强热电转化效率^[9]。

然而，高温高压烧结技术也有一定的局限性，从微观角度上来讲，高压可以有效地减小原子之间的距离，增大原子间的作用力，同时这也势必会增大复合材料的内应力，造成应力集中或分布不均匀等问题，在某种程度上也会影响复合材料的力学性能^[10~11]。故高温高压技术还需要通过研究不断优化、不断改善，这样才能制备出力学性能和热电性能兼优的纳米方钴矿复合材料^[13]。

2. 研究的基本内容与方案

（一）基本内容

①通过熔融退火的方法合成微米尺度的方钴矿热电材料；

②通过高能球磨的方法制备纳米尺度方钴矿热电材料；

3. 研究计划与安排

1)1~3周，完成文献调研，完成英文文献翻译，并撰写完成开题报告；

2)4~5周，完成微米尺度方钴矿材料的制备；

3)6~7周，完成纳米尺寸的方钴矿材料制备；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]余健.填充方钴矿热电材料的非平衡制备和结构与热电性能调控[d].武汉理工大学,2014.

[2]王作成,李涵,苏贤礼,等. in_0.3co₄sb_12-xse_x方钴矿热电材料的制备和热电性能[j].物理学报,2011,60(2):595-601.

[3]吴芳，王伟，高压烧结法制备bi₂te₃纳米晶块体热电性能的研究[j].物理学报，2015,(4):313-318.