铋基硫族化合物纳米材料的可控制备及其性能研究

发布时间：2020-05-06 22:17

【摘要】：发展可再生能源是我国一项既定国策,也是保证经济稳定和可持续发展的关键,以热电材料为核心的热电转换技术可不依靠任何外力将“热”与“电”两种不同形态的能量直接转换,备受科学界和工业界的广泛关注。碲化铋和硒化铋是一类非常重要的热电材料,一直受到广泛的研究。大量实验已经明该类材料的纳米化有助于提高其热电性能,因而合成碲化铋和硒化镰纳米材料成为研究关键。因此,我们的工作主要以碲化铋和硒化铋为研究对象,对其可控生长和形貌演化进行研究,探索了影响最终生成物形貌的各种因素,获得形貌规则、尺寸均匀的单晶六边形碲化铋纳米片、硒化铋纳米片、BiTe纳米管等三种纳米材料,并对他们进行了性能测试和分析。本文主要研究结果如下：1、利用溶荆热法,通过研究宏规实验条件(反应温度、NaOH浓度、表面活性剂等因素)对最终生成物形貌优化,分析了碲化铋纳米片生长机理,实现了其可控生长,获得了形貌规则、尺寸均匀、单分散性好的单晶六边形碲化铋纳米片,并对碲化铋纳米片热压块体的热电性能进行测试,其电导率σ和赛贝克系数S均优于粉体材料。2、在溶剂热法中,优化铋源,用Bi2O3代替BiCl3,实现了碲化铋纳米片可控制备,并显著缩短了反应时间(从36 h缩短到7 h),研究了纳米片形貌随反应时间的演化规律,实验发现碲化铋纳米片的形貌经历三种形态;“晷”形貌、纳米片形貌、铜钱”形貌,提出了其生长遵循自我修复的生长机制;并对纳米片热压块体的热电性能进行测试,其电导率σ和赛贝克系数S又得到了有效提升。3、采用溶剂热法,优化硒源,用SeO2代替TeO2,获得了形貌规厕、尺寸均匀、单分散性好的硒化铋纳米片,实现了其可控生长,分析了反应温度、NaOH浓度、表面活性剂等因素对最终生成物形貌优化,通过分析纳米片形貌随表面活性剂PVP的演化,阐述了硒化铋纳米片生长机理。在83-603 K范围,对单片硒化铋纳米片进行了变温拉曼散射测试,计算出A1g1,Eg2,A1g2乙模的温度系数Xi,其具有较低的温度系数,可望有效降低热导率和提高热电优值(ZT),并表明硒化铋纳米片是优良热电纳米材料。4、为了进一步提高ZT值,我们继续优化生长条件,首次成功制备了形貌规则、尺寸均匀的单晶BiTe纳米管,研究了表面活性剂因素PVP对最终生成物形貌的影响,证明了表面活性剂因素PVP在合成单晶BiTe纳米管是不可或缺的条件;在103 K-593 K范围,BiTe纳米管进行了变温拉曼散射测试,计算了Eg1,A1g1,Eg2,A1g2模的温度系数Xi,该值降低了几个数量级,这样低温系数有利于获得较高的ZT值,表明BiTe纳米管有望成为理想热电材料的候选者。
【图文】：

不可再生能源,世界,和中,能源危机

源消耗量比２１世纪初全球能源消耗量将增加４４％［１］，不可再生的化石逡逑能源（石油，煤炭，天然气）等是目前最主要的能源来源，它们却正面逡逑临着枯竭的困境，如图１．１中所示，石油和天然气的全球总储量将未来逡逑几十年内被用完。可以说，能源危机已成为本世纪科学家迫在眉睫急需逡逑．逦解决的难题之一。目前而言，解决能源危机主要两个途径：１．加快对可逡逑再生清洁能源开发和利用进程，如水能、风能、太阳能的大规模开发利逡逑用，并且研究高效的储能电池，比如，超级电容器、高效电池、燃料电逡逑池等［２］；邋２．提高现有化石能源使用效率，从利用率上做文章，比如开发逡逑高转换率的内燃＆，还有就是把化石能源燃烧产生的废热利用起来，变逡逑废为宝。目前，，全球绝大部分动力还是内燃机燃烧不可再生资源释放出逡逑热能转变成的动力

碲化铋,晶格结构,原子

每个碲化铋晶胞由三个基本单元组成，每个基本单元是由Ｂｉ原子逡逑和Ｔｅ原子按Ｔｅ（ｌ）－Ｂｉ－Ｔｅ（２）－Ｂｉ－Ｔｅ（ｌ）的顺序一层一层构成，我们将这样一逡逑个基本单元称为ＱＬ（ＱｕｉｎｔｕｐｌｅＬａｙｅｒ），如图１．２中红色方框内所示。之所逡逑以区分Ｔｅ（ｌ）原子和Ｔｅ（２）原子，是因为每个ＱＬ内部，Ｂｉ和Ｔｅ原子间逡逑是共价键结合；而每个ＱＬ之间，是Ｔｅ（ｌ）原子和Ｔｅ（ｌ）原子之间由范德逡逑瓦耳斯力结合。所以在每个ＱＬ中间的Ｔｅ（２）原子和ＱＬ两侧的Ｔｅ（ｌ）不逡逑
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TQ135.32

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