近年来的研究表明: 在稀土-过渡金属-第五族元素体系中存在具有晶体导电和玻璃导热性能的新一代最有前途的热电材料。本研究采用实验手段测定Eu-Co-Sb、Yb-Co-Sb和Yb-Fe-Sb等稀土三元系的相关系及体系中化合物的相结构,确定稀土化合物的稳定性和均匀度范围, 研究优值系数高、具有广泛应用前景的稀土填充Skutterudite化合物新型热电材料的热电性能, 确定合金成分、合金元素替代及显微组织对这些化合物的电、热输运特性的影响规律,为制备新型及高性能热电材料提供科学依据。
本课题在国家自然科学基金的资助下对稀土(R)-(Co,Fe)-Sb相关相图及相关材料低维化制备技术进行了研究。 完成了Eu-Co-Sb、La-Fe-Sb、Pr-Fe-Sb、Gd-Fe-Sb、Tb-Co-Sb、Ce-Co-Sb、Yb -Fe-Sb、Yb-Co-Sb等三元系相图的等温截面测定, 均匀度范围测定及相结构的研究工作。发现或证实PrFeSb2等15个三元稀土化合物存在。研究了双填充方钴矿化合物(Ba0.3Eu0.7)xFeCo3Sb12和(Ba0.3Eu0.7)xFeCo3Sb12的制备技术及热电性能, 表明稀土双填充及Fe替代有效降低CoSb3的热导率(从6.1可下降到2.0 W/m.K);以CoCl2, NiCl2和SbCl3为原料、以NaBH4为还原剂在三甘醇溶液中290 ℃反应12小时成功地合成了粒度小(10~20nm)、粒度分布均匀的Fe和Ni替代纳米方钴矿粉末。研究成果已在Acta Materialia,J. Alloy Compd.等学术刊物发表学术论文28篇,为制备优质的稀土填充方钴矿热电材料及新型功能材料的探索提供了可靠的科学依据。