Bi位和Cu位双掺杂优化层状BiCuSeO基热电材料性能研究
发布时间：2020-09-16 18:09
热电材料由于可以实现热能和电能的直接转换而受到广泛关注,BiCuSeO是一类新型氧化物热电材料,由于耐高温、化学稳定性好、低成本和无污染等显著优势,近年来成为研究的热点。但是受制于热电性能,仍难以大规模应用。本文旨在通过Bi位和Cu位双掺杂的方法优化BiCuSeO热电性能,取得研究成果如下:(1)采用固相反应法制备了 Ba、Co双掺杂BiCuSeO材料,并研究了其低温热电性能。比起未掺杂的BiCuSeO,掺杂后的样品的电导率有较大的提升,可以归因于掺杂使得载流子浓度增大。虽然比起Ba单掺的样品,Ba、Co双掺的样品载流子浓度有一定程度的减小,但是载流子迁移率得到了提升,所以仍然具有较大的电导率。此外,相比于Ba单掺的样品,Ba、Co双掺杂的样品保持了较高的塞贝克系数,这得益于材料有效质量的提高。Ba、Co双掺样品的热电优值相对于Ba单掺的样品以及未掺杂的BiCuSeO有了极大的提高,Ba0.125Bi0.875Cu0.85C0.15SeO在350K获得最大热电优值为0.082,是Ba单掺样品的5倍。(2)采用固相反应法制备了 Ba、Ni双掺杂BiCuSeO材料,并研究了其中高温热电性能。比起未掺杂的BiCuSeO,掺杂样品的电导率得到极大的提高,这是由于载流子浓度的急剧增加引起的。同时,通过引入磁性离子Ni,提高了自旋熵,使得Ba、Ni双掺杂的BiCuSeO在具有较大的载流子浓度的同时,也保持了较高的塞贝克系数,使材料具有较高功率因子。此外,由于双掺杂引入的双原子点缺陷提高了材料的声子散射,使双掺杂的样品的热导率降低至0.54 Wm-1K-1。通过协同优化材料的电声输运,使BiCuSeO材料的热电性能显著提高,其中Bi0.875Ba0.125Cu0.85Ni0.15SeO材料在923 K的热电优值达到0.97。(3)采用不同的工艺方法制备了 Ba、Ni双掺杂的BiCuSeO,并研究了制备工艺对材料热电性能的影响。采用手动研磨方法所制备的样品虽然塞贝克系数较低,但是电导率远高于采用球磨方法所制备的同成分的样品。由于较高的电导率,采用手动研磨方法所制备的样品在室温附近具有很高的功率因子,Ba0.875Ba0.125CuSeO在300 K的功率因子接近6 μW cm-1 K-2。而球磨方法所制备的Ba、Ni双掺杂BiCuSeO的功率因子随温度升高而增大,在高温下具有最高的功率因子,Bi0.875Ba0.125Cu0.15Ni0.15SeO在923 K的功率因子为5.7μWcm-1K-2。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：
这个现象正好与塞贝克效应相反，是塞贝克效应的逆效应，以他的名字命名为帕尔贴效逡逑应。在当时，碍于认知水平，这个现象很难通过金属的热电偶来解释，因为总是伴随有逡逑焦耳效应，有时候，电流往一个方向的现象比ｙ）外一个方向更加明显。现在用图１．２的逡逑２逡逑
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本文编号：2820187
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：
这个现象正好与塞贝克效应相反，是塞贝克效应的逆效应，以他的名字命名为帕尔贴效逡逑应。在当时，碍于认知水平，这个现象很难通过金属的热电偶来解释，因为总是伴随有逡逑焦耳效应，有时候，电流往一个方向的现象比ｙ）外一个方向更加明显。现在用图１．２的逡逑２逡逑
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本文编号：2820187
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