1.4　研究目的和研究內容

高溫高壓合成方法是近些年來的一種新型高性能熱電材料的合成方法。朱品文博士、宿太超博士等已經成功地對PbTe熱電材料的高溫高壓合成、改性和性能測試進行了深入的研究，并利用原位測量的方法證實了高壓可以降低熱電材料的電阻率這一事實。通過將樣品進行對比測試后得出結論：通過高溫高壓淬火后，樣品高壓下的性質在壓力恢復到常壓后仍然可以保留。

熱電轉換效率的高低是衡量熱電材料優劣的一個重要指標。通常對熱電性能高低的評價主要是用ZT值來衡量。由于熱電材料合成的結構和成分的不同，材料最終的性能優值也是不同的。純方鈷礦熱電材料的特點是：載流子遷移率較大、電導率較高、Seebeck系數較大以及熱導率較高。由于具有較高的功率因子和電子質量，二元方鈷礦熱電材料具備了良好的電學性能。但是，二元方鈷礦的熱導率較大，使其不能夠成為較優秀的熱電材料，同時，也成為其進行實際應用的瓶頸。

利用常壓下的一些方法來解決上述問題的局限性較多。首先，在常壓條件下，純相方鈷礦熱電材料的合成十分困難。其次，降低熱導率的手段主要是原子微量填充和低維納米化增加聲子散射。Co-Sb二元相圖如圖1.12所示，從Co-Sb二元相圖我們可以看出，在溫度為876℃時，CoSb₃的晶體形成過程實際上是一個包晶轉換的過程。這一過程需要長時間的固相反應，這也無形之中加大了樣品的合成難度。

圖1.12　Co-Sb二元相圖

高溫高壓合成方法被引入到熱電材料制備中使得合成難度得到了有效地降低。方鈷礦熱電材料是近年來熱電研究中的極具應用前景的研究方向。眾多研究結果表明，填充和置換是最有效提高材料綜合熱電性能的手段。但是，常壓實驗中填充或置換率比較低，這也成為了熱導率降低的瓶頸。曾經有相關報道已證實，高壓制備方法可以有效地提高方鈷礦熱電材料的填充效率。姜一平博士等已經在高溫高壓合成方鈷礦熱電材料的基本合成、單純置換和單統填充方面做出了系統研究，并獲得了性能較好的熱電材料。其在Te置換材料中獲得最大ZT值為0.67，Sm填充方面獲得最大ZT值為0.81。但是，上述實驗手段僅是單純的置換或填充，并不能更加有效的改善方鈷礦熱電材料的熱電性能。因此，本研究在復合填充和壓力調制方面開展了研究，期望ZT值獲得新的突破，為深層次地理解高溫高壓手段和改善熱電材料性能的機制等積累實驗數據。