鉈、碘摻雜對(duì)Bi2Te3材料熱電性能的影響.pdf

1、熱電材料是能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接轉(zhuǎn)化的材料，它是一種環(huán)境友好型材料，有著優(yōu)良的性能和廣泛的應(yīng)用前景。世界正面臨著三大危機(jī)：能源緊缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞，隨著人們的環(huán)保意識(shí)逐漸加深，對(duì)材料的需求日益增加，因此，關(guān)于新材料的研究受到越來(lái)越多的追捧。熱電材料作為新材料之一，可用來(lái)制作熱電器件。這些熱電器件一方面可以用作溫差發(fā)電，另一方面可以熱電制冷。熱電材料的熱電性能可通過(guò)無(wú)量綱熱電優(yōu)值ZT來(lái)評(píng)價(jià)（ZT-s2t/(pk)，其中S、ρ和k分別指

2、該材料的Seebeck系數(shù)、電阻率和熱導(dǎo)率，T是該材料工作時(shí)的絕對(duì)溫度）。降低熱導(dǎo)率以及提高功率因子(PF=α2σ)均可以提高材料的熱電優(yōu)值，即熱電性能。
　　目前，在不同的熱電材料中，Bi2Te3(碲化鉍)材料是室溫范圍內(nèi)最可能投入大量實(shí)際應(yīng)用、最有前景的熱電材料之一。關(guān)于碲化鉍材料的實(shí)際應(yīng)用很廣泛，許多制冷元件均使用這種材料。但是由于Bi2Te3材料的ZT值一直在1左右徘徊，因而并沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，進(jìn)

3、一步提高Bi2Te3的熱電性能是目前研究的熱點(diǎn)。納米技術(shù)和能帶工程成為目前提高Bi2Te3材料熱電性能的主要技術(shù)途徑。
　　本文結(jié)合納米化和元素?fù)诫s，研究鉈單摻及鉈碘雙元素?fù)诫s對(duì)Bi2Te3材料熱電性能的影響，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.鉈摻雜納米粉體的水熱法制備及其塊體的熱電性能研究。我們研究了鉈摻雜后合成的納米粉體的形貌。研究發(fā)現(xiàn)，鉈摻雜能夠明顯改變合成粉體的形貌。當(dāng)制成的納米粉體被熱壓成塊體后，塊體的熱電性能也有

4、顯著的改變。與未摻雜樣品相比，鉈摻雜能夠明顯提高樣品的Seebeck系數(shù)，但摻雜后材料的電導(dǎo)率減小了。鉈摻雜后樣品的功率因子隨鉈摻雜量的增加而減少，導(dǎo)致ZT值沒有明顯的改善。主要原因是因?yàn)殡娮杪实脑黾右约皳诫s后納米粉體花狀形貌的消失。
　　2.鉈和碘雙元素?fù)诫s對(duì)熱電性能的影響。研究了雙摻對(duì)粉體形貌影響。鉈碘雙元素?fù)诫s花狀納米粉體的制備方法與單摻鉈時(shí)的方法相似。研究表明EDTA表面活性劑的用量會(huì)顯著影響粉體形貌。元素?fù)诫s不易形成花狀

5、形貌的Bi2Te3納米粉體，主要原因是Tl替代了Bi，I替代了Te，改變了Bi2Te3晶體內(nèi)的鍵能，減慢了Bi2Te3晶體沿a軸、b軸的生長(zhǎng)速度，故構(gòu)成花狀形貌納米粉體的片狀結(jié)構(gòu)很難形成。在之前的研究中，我們發(fā)現(xiàn)EDTA對(duì)于反應(yīng)后的形貌有巨大的影響，合適的量能夠促進(jìn)晶體形成納米片，進(jìn)而生成花狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)調(diào)節(jié)EDTA的量，我們得到了所需的花狀納米粉體。
　　將制得的樣品粉體熱壓成塊體用來(lái)研究雙元素?fù)诫s對(duì)其熱電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)與未