1.4　研究目的和研究内容

高温高压合成方法是近些年来的一种新型高性能热电材料的合成方法。朱品文博士、宿太超博士等已经成功地对PbTe热电材料的高温高压合成、改性和性能测试进行了深入的研究，并利用原位测量的方法证实了高压可以降低热电材料的电阻率这一事实。通过将样品进行对比测试后得出结论：通过高温高压淬火后，样品高压下的性质在压力恢复到常压后仍然可以保留。

热电转换效率的高低是衡量热电材料优劣的一个重要指标。通常对热电性能高低的评价主要是用ZT值来衡量。由于热电材料合成的结构和成分的不同，材料最终的性能优值也是不同的。纯方钴矿热电材料的特点是：载流子迁移率较大、电导率较高、Seebeck系数较大以及热导率较高。由于具有较高的功率因子和电子质量，二元方钴矿热电材料具备了良好的电学性能。但是，二元方钴矿的热导率较大，使其不能够成为较优秀的热电材料，同时，也成为其进行实际应用的瓶颈。

利用常压下的一些方法来解决上述问题的局限性较多。首先，在常压条件下，纯相方钴矿热电材料的合成十分困难。其次，降低热导率的手段主要是原子微量填充和低维纳米化增加声子散射。Co-Sb二元相图如图1.12所示，从Co-Sb二元相图我们可以看出，在温度为876℃时，CoSb₃的晶体形成过程实际上是一个包晶转换的过程。这一过程需要长时间的固相反应，这也无形之中加大了样品的合成难度。

图1.12　Co-Sb二元相图

高温高压合成方法被引入到热电材料制备中使得合成难度得到了有效地降低。方钴矿热电材料是近年来热电研究中的极具应用前景的研究方向。众多研究结果表明，填充和置换是最有效提高材料综合热电性能的手段。但是，常压实验中填充或置换率比较低，这也成为了热导率降低的瓶颈。曾经有相关报道已证实，高压制备方法可以有效地提高方钴矿热电材料的填充效率。姜一平博士等已经在高温高压合成方钴矿热电材料的基本合成、单纯置换和单统填充方面做出了系统研究，并获得了性能较好的热电材料。其在Te置换材料中获得最大ZT值为0.67，Sm填充方面获得最大ZT值为0.81。但是，上述实验手段仅是单纯的置换或填充，并不能更加有效的改善方钴矿热电材料的热电性能。因此，本研究在复合填充和压力调制方面开展了研究，期望ZT值获得新的突破，为深层次地理解高温高压手段和改善热电材料性能的机制等积累实验数据。