硒化锡基热电材料的制备及性能优化

发布时间：2020-04-10 22:58

【摘要】：热电材料可以直接实现热到电或者电到热的转换,其转换效率可以通过冷热两端的温度比值与无量纲的热电优值ZT=S~2σ/κ来确定。硒化锡基热电材料是目前ZT最高的中高温热电材料,但是未进行有效掺杂的硒化锡热电材料的性能却不理想,虽然硒化锡基热电材料本身具有较低的热导率,但是由于其载流子浓度低,电传输性能差导致其热电优值不高。要想提升硒化锡基热电材料的转换效率,主要途径是在不显著增加材料热导率的前提下,大幅优化硒化锡基材料的功率因子(S~2σ)。优化其功率因子则要优化它的电导率和塞贝克系数。本文所采取的材料制备方法是通过机械合金化(MA)制备粉末,再经过放电等离子烧结(SPS),制备硒化锡块体。通过这种制备方法,方便对硒化锡基热电材料进行掺杂,而且这种制备方法制备的硒化锡晶粒比较均匀,材料比较致密。本文尝试通过制备“缺陷”掺杂硒化锡来提高材料的电导率,并优化材料的塞贝克系数,来提高其热电优值。通过“缺陷”掺杂,本论文制备了SnSe_(0.8),SnSe_(0.9)和SnSe_(0.95)等n型硒化锡半导体材料,以及SnSe_(1.03),SnSe_(1.05)和SnSe_(1.1)等p型半导体材料。在这项工作中,本论文用Sn和Se两种元素制备出了p型和n型两种半导体,在SnSe_(1.05)样品中获得了最高的热电优值(在773 K时ZT大约为0.65),并且在这个样品中获得了整个测试温度范围内较高的平均热电优值。在之前很多优化硒化锡基热电材料性能的研究中,发现铜、铝、锌、银、汞等金属在硒化锡中的固溶度有限,对硒化锡的掺杂效果很有限。用第威德合金(铝45%、铜50%、锌5%)对硒化锡进行掺杂。结果表明,通过第威德合金掺杂大幅提高了材料的电导率,并显著优化了材料的功率因子。本论文在W_(0.005)Sn_(0.995)Se样品中获得了0.45(773 K)的热电优值,这是未掺杂硒化锡的三倍。
【图文】：

图 1.1 塞贝克效应原理图Fig. 1.1 The principle diagram of the Seebeck effect两种材料接头处的温度不同时，即一端为热端势差，从而在回路当中产生电流。

图 1.2 帕尔帖效应原理图Fig. 1.2 The principle diagram of the Peltier effec的原理为：载流子（电子或空穴）在材料料中所处的能级不同，它们由高能级向低
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 刘伟;硒化锡单晶生长及其热电性能的研究[D];山东大学;2015年

2 黄劲;硫化锡和硒化锡纳米晶的溶剂热法合成及表征[D];青岛科技大学;2006年

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本文编号：2622811