熔体状态及LiCl掺杂对Bi-Te-Se系热电材料凝固和性能的作用

发布时间：2018-01-21 21:39

本文关键词： Bi-Te-Se系合金液态电阻率熔体状态凝固性能　出处：《合肥工业大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着愈来愈严重的环境污染和能源危机,对热电材料研发与制造的探索越来越迫切。碲化铋(Bi2Te3)是当前室温附近性能最佳的热电材料,然而其热电转换效率相对较低,力学性能差,制约其广泛应用。为此,新的制备方法成为热点之一,但这类方法大多需昂贵的设备、复杂的工艺,且多处于实验研究阶段,无法大规模工业生产。基于现状结合液固相关性的研究成果,本文以操控熔体状态与常规凝固方法相结合的新思路,制备块体Bi-Te-Se系热电材料,探索了熔体状态对其凝固行为和组织、所致相关性能的影响。主要内容包括：采用直流四电极法探索了Bi2Te3-xSex(X=0.3, 0.45, 0.6)热电材料熔体的电阻率温度行为(p-T)；并在此基础上进行凝固实验,采用热分析法、金相分析、XRD、SEM和EDS等表征手段研究了不同熔体状态对Bi2Te3-xSex(X=0.3, 0.45, 0.6)合金凝固的影响；配合LiCl掺杂,进而探讨掺杂量和熔体状态对合金性能的影响规律。本文所取得的主要创新性成果和结论如下：1、Bi2Tea-xSex(X=0.3, 0.45, 0.6)合金熔体在首轮升降温过程中p-T的异常行为,直观揭示了合金熔体在首轮升温过程中发生了由温度诱导的不可逆液-液结构转变(TI-LLST)现象。分析认为,该类合金TI-LLST的物理本质是,熔化后合会液中仍存在异类Bi-Te-Se型化学短程序或中程序,在一定的温度范围,因原有团簇结合键被打破,化学短程序或中程序消失,最终熔体形成新的结构状态。2、凝固热分析及组织表征揭示,Bi2Te3-xSex热电材料熔体状态的改变对其凝固行为和组织有明显的正面作用：熔体结构转变后的凝固试样,其开始凝固时间延迟,形核和生长过冷度均增大,形核率明显提高,凝固时间大大缩短；凝固组织均由两相组成且明显细化,初生相Bi2Te3-xSex板条厚度明显减小,共晶相区域略有增加,择优取向减弱,晶粒分布更加均匀无序。3、Bi2Te3-xSex(x=0.3, 0.45, 0.6)半导体材料的电学和力学性能测试结果表明：LiCl对于热电材料相当于施主掺杂,载流子浓度随掺杂量的增大而增加,掺杂量为0.075wt.%时获得最大功率因子；熔体结构转变后的试样Seebeck系数的绝对值增大,同时电阻率减小,功率因子分别提升了49.2%,48%,48.7%；熔体结构转变后试样的显微硬度明显提高。综上所述,通过对N型Bi2Te3-xSex合金熔体状态的操控,以及合适的微量掺杂,可有效改善材料的凝固和性能,从而为热电材料制备方法探索提供了新的视角；同时也证实,简单易行的常规凝固方法可获得性能良好的热电材料。
[Abstract]:In this paper , the influence of melt state on solidification behavior and microstructure of thermoelectric materials is investigated by means of thermal analysis , metallographic analysis , XRD , SEM and EDS . The results of the electrical and mechanical properties of the semiconductor materials showed that the maximum power factor was obtained by controlling the melt state of the N - type 2Te3 - xSex alloy , while the resistivity was decreased . The power factor increased by 49.2 % , 48 % and 48.7 % respectively .

【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34

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