Te基热电材料的制备及性能研究

发布时间：2017-10-22 13:05

  本文关键词：Te基热电材料的制备及性能研究

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【摘要】：热电材料是一种能实现热能和电能直接转换的新型功能材料,将热电材料做成器件后,由于其环保、寿命长、体积小等优点在热电制冷或温差发电领域有很大的应用前景。虽然热电材料已经在航天航空、半导体制冷等特殊领域获得了应用,但是目前还没有实现大规模的应用。主要原因在于两个方面:一方面,热电转换效率不高;另一方面,高性能热电材料的制备成本高。Bi2Te3以及Sb2Te3基材料是目前室温附近热电转换性能最高的热电材料。近些年,为了提高这类材料的热电性能,研究者通过掺杂和纳米化的方法使得该Te基热电材料的性能得到提高。商业应用的Te基热电材料主要采用熔炼法制备,但是这种制备工艺需要高温和长时间,所以成本高。水热合成作为一种低成本的制备方法已经被广泛研究,但是水热法合成的Te基热电材料的性能不稳定,ZT值变化较大。基于上述原因,本文通过系统的粉体合成和烧结工艺研究,目标是寻找一种稳定的、低成本的Te基热电材料的制备方法,为Te基热电材料器件的大规模应用奠定基础。主要研究工作如下:(1)首先用水热法成功合成Bi2Te3粉体,分别采用XRD、FESEM等分析技术表征合成粉体的物相和形貌,然后将合成的Bi2Te3粉体进行sps烧结制备块体材料,最后进行热电性能研究。详细研究了粉体的合成条件(反应温度和反应时间)、sps烧结制度(烧结温度、烧结时间和保温时间)和退火处理对块体bi2te3热电性能的影响。研究结果表明:bi2te3粉体的最佳合成温度是200℃、合成时间是12h;最佳的sps烧结温度为350℃、保温时间为6min,在测量温度范围在300k-350k时最佳的烧结压力为80mpa。同时探究在不同的退火条件下bi2te3块体的热电性能。结果分析表明,将水热合成的bi2te3粉体用真空管式炉在ar/h2气氛中400℃进行热处理4h后,电导率明显提高,热导率也略有提高,最终zt值在测试温度为400k时达到最大值为0.38。(2)同样采用水热法合成了sb2te3粉体,分别采用xrd、fe-sem等分析技术表征合成粉体的物相和形貌,然后将合成的sb2te3粉体进行sps烧结制备块体材料,最后进行热电性能研究。详细研究了粉体的合成条件(反应温度和反应时间)、sps烧结制度(烧结温度、烧结时间和保温时间)和退火处理对块体sb2te3热电性能的影响。研究结果表明:sb2te3粉体的最佳合成温度是200℃、合成时间是12h;最佳的sps烧结制度为360℃、保温时间为6min,在测量温度范围在300k-400k时最佳的烧结压力为80mpa。同时探究在不同的退火条件下sb2te3块体的热电性能。实验结果表明:用真空管式炉在ar/h2气氛中将sb2te3粉体退火后进行sps烧结,能有效地提高电导率;并且将sps烧结后的sb2te3块体进行真空退火处理后,最终zt值在测试温度为531k时达到最大值为0.59。
【关键词】：Te基 热电材料 水热法 SPS烧结
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 文献综述12-28
• 1.1 热电效应的基本原理13-14
• 1.1.1 Seebeck效应13-14
• 1.1.2 Peltier效应14
• 1.1.3 Thomson效应14
• 1.2 热电材料的性能参数14-17
• 1.2.1 Seebeck系数15
• 1.2.2 电导率15-16
• 1.2.3 热导率16
• 1.2.4 ZT性能优化的方法16-17
• 1.3 热电材料的研究进展17-21
• 1.3.1 PGEC热电材料18-19
• 1.3.2 纳米结构热电材料19-21
• 1.4 Bi_2Te_3基热电材料研究进展21-25
• 1.4.1 Bi_2Te_3的结构与性能21-22
• 1.4.2 Bi_2Te_3的制备22-25
• 1.5 湿化学法合成Sb_2Te_3的研究进展25-26
• 1.6 本论文的选题和意义26-28
• 第二章 实验与表征28-35
• 2.1 实验流程图28-29
• 2.2 实验原料及设备29-30
• 2.3 样品的制备30-32
• 2.3.1 Bi_2Te_3粉体的制备30-31
• 2.3.2 Sb_2Te_3粉体的制备31
• 2.3.3 Bi_2Te_3、Sb_2Te_3块体材料的制备31-32
• 2.4 样品的表征32-35
• 2.4.1 物相和微观形貌的分析32
• 2.4.2 热电性能表征32-35
• 第三章 Bi_2Te_3的水热法制备35-50
• 3.1 引言35-36
• 3.2 结果与讨论36-49
• 3.2.1 不同水热合成温度对Bi_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响36-39
• 3.2.2 不同水热合成时间对Bi_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响39-41
• 3.2.3 不同烧结温度对Bi_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响41-43
• 3.2.4 不同烧结压力对Bi_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响43-45
• 3.2.5 不同保温时间对Bi_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响45-46
• 3.2.6 热处理对Bi_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响46-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 Sb_2Te_3的水热法制备50-65
• 4.1 引言50-51
• 4.2 结果与讨论51-63
• 4.2.1 不同水热合成温度对Sb_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响51-53
• 4.2.2 不同水热合成时间对Sb_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响53-55
• 4.2.3 不同烧结温度对Sb_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响55-57
• 4.2.4 不同烧结压力对Sb_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响57-59
• 4.2.5 不同保温时间对Sb_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响59-61
• 4.2.6 热处理对Sb_2Te_3的微观结构以及热电性能的影响61-63
• 4.3 本章小结63-65
• 第五章 结论与展望65-68
• 参考文献68-72
• 附录：硕士期间的研究成果72-73
• 致谢73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 马秋花;孙亚光;;Bi-Te基热电材料的研究进展[J];稀有金属快报;2007年06期

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本文编号：1078457