BiCuSeO热电材料掺杂与复合改性研究

发布时间：2020-05-25 18:14

【摘要】：为了应对愈演愈烈的全球性污染问题以及一次性能源枯竭问题,能够将热能直接转化为电能的热电材料在近年来受到越来越多科研人员的关注。层状氧化物热电材料BiCuSeO因为具有本征的较低的热导率,同时兼具抗氧化、无毒、无污染、高温下性能稳定等诸多优点,拥有着广阔的应用前景。在本论文中,采用了自蔓延高温合成法(SHS)结合放电等离子烧结(SPS)这一超快速的陶瓷制备工艺。以廉价的K2C03为原料在Bi位成功实现了K离子掺杂,增多了体系中的载流子,提升了样品的电学性能。同时,掺杂又在体系当中引入了大量的杂质,使得热导率减小。最后,样品的最大ZT值达到0.6,相比于纯相样品提升了 50%。采用SHS结合SPS工艺,以Sn粉为原料制备了Bi1-xBSnxCuSeO样品。Sn离子在样品中以Sn2+和Sn4+的形态共存,Sn2+的存在使得样品的电导率得到了提升。而在体系中存在的第二相SnOx,具有较高的热导率,导致样品的热导率同样得到了提升。最终,Bio.96Sn0.04CuSeO样品获得最大的ZT值0.77,比纯相样品提升88%。Pb掺杂BiCuSeO体系具有优异的电学性能,但同时其热导率也增大,因此采用简单球磨法在Pb掺杂BiCuSeO体系中分别复合了 Te粉以及Te纳米线。复合Te粉之后,样品的载流子受到散射,电学性能降低,同时有效地散射了声子,获得较低的热导率。复合体积百分比为5%的样品获得最大的ZT值0.77。复合Te纳米线的样品相比于复合Te粉的样品,由于一维第二相与三维基体之间的能量过滤效应,使得样品获得了更大的塞贝克系数,因此具有更高的电学性能。最终,复合体积百分比为5%的样品获得最大的ZT值1,相比于未复合的样品提升45%,相比于纯相样品提升144%。
【图文】：

当两个不同的导体构成一个闭合回路的时候，如果两个连接点有温差，那么在两逡逑端将会有一个电位差ＡＶ，这种将热能直接转化为电能的效应被称为塞贝克效应而逡逑其逆过程则被称为帕尔贴效应，如图１－１所示。逡逑１逡逑

具有广阔的前景和巨大的研宄潜质。逡逑层状钴酸盐体系中的ＮａｘＣ0２０４是最早被发现的氧化物热电材料［１＼其晶体结构逡逑如图１－４所示由Ｎａ＋层和导电的Ｃ0０２层交替堆积而成。以Ｃｏ为中心，０位于角逡逑点上形成了八面体结构。而Ｎａ＋离子随机的处在Ｃ0０２层之间空位原子的位置，，其质逡逑９逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】

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本文编号：2680547