BiCuSeO熱電材料的制備及性能研究.pdf

1、氧化物熱電材料具有熱導(dǎo)率低，制備工藝簡(jiǎn)單，高溫條件下不存在氧化問(wèn)題，價(jià)格低廉而且不含有毒化學(xué)元素等特點(diǎn)，因而受到了廣泛關(guān)注。其中，具有ZrCuSiAs型分層結(jié)構(gòu)的BiCuSeO化合物，不僅熱導(dǎo)率低，而且電阻率可調(diào)控，其熱電性能在最近三年來(lái)穩(wěn)步提升，ZT值由0.5以及提高到1.0以上，具有重要的應(yīng)用前景。
　　本文采用兩步固相反應(yīng)法制備了Na摻雜的BiCuSeO樣品，以及Na摻雜與Cu缺位同時(shí)存在的BiCuSeO樣品，經(jīng)高能球磨粉碎

2、后、再熱壓燒結(jié)得到致密塊體樣品。采用X射線衍射分析(XRD)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、能譜分析(EDS)、熱分析(DTA)等手段表征了樣品的物相組成以及組織結(jié)構(gòu)，利用實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的Namicro-II型熱電參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)測(cè)試研究了塊體材料在不同溫度下的電阻率和Seebeck系數(shù)，材料的載流子濃度、遷移率通過(guò)霍爾系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，采用激光熱導(dǎo)儀測(cè)量材料的熱擴(kuò)散系數(shù)。得出以下主要結(jié)果：
　　以Na2CO3作為Na源對(duì)BiC

3、uSeO材料進(jìn)行了Na摻雜，發(fā)現(xiàn)Na含量對(duì)其相組成，微觀形貌以及熱電性能的影響具有以下特點(diǎn)：具體如下1)當(dāng)Na摻雜量低于6％時(shí)，所有的Na都摻入到BiCuSeO化合物中的Bi位置，化合物晶格常數(shù)隨Na摻入量增大而減小，Na在BiCuSeO里面進(jìn)入到 Bi位置的固溶極限為6%左右。當(dāng) Na摻雜量高于6%后，富余的Na2CO3會(huì)與有一部分與Se反應(yīng)生成的Na2SeO3作為第二相存在于晶粒界面處。2) Na摻雜可以引入空穴載流子降低材料的電阻

4、率，增大材料的功率因子；此外由于Na摻雜到Bi位引入質(zhì)量擾動(dòng)和點(diǎn)缺陷對(duì)聲子的散射，使得樣品的熱導(dǎo)率降低，綜合熱電性能改善。當(dāng)Na摻雜量超過(guò)Na在BiCuSeO里的固溶極限，可以在不明顯影響功率因子的情況下，引入第二相散射聲子進(jìn)一步降低材料熱導(dǎo)率。3)研究表明，在Na摻雜量為8%時(shí)的樣品在873K的熱電優(yōu)值達(dá)到最大值0.97@873K，相比于沒(méi)有進(jìn)行摻雜的BiCuSeO樣品的熱電優(yōu)值提高了大約兩倍。
　　在Na摻雜同時(shí)進(jìn)行Cu缺位處