多晶SnSe热电材料的制备与性能优化
发布时间：2020-12-03 21:01
SnSe是一种化学组成简单、组成元素无毒无害且含量丰富的层状半导体材料,因其单晶具有极高的ZT值而引起研究者广泛的关注。但由于单晶SnSe材料易解理,机械性能差且生产条件苛刻、制备周期长,更多工作开始投入在多晶SnSe材料研究上。本文针对以上问题,基于熔融淬火结合放电等离子体烧结（SPS）的制备工艺,分别研究多晶SnSe材料P型和N型转变与化学计量比的关系、复合Cu2Se第二相对P型多晶SnSe材料结构成分及性能的影响,以及掺杂BiI3对N型多晶SnSe材料结构成分及性能的影响,探索了多晶SnSe材料热电性能优化的新途径。主要研究结果如下:（1）基于熔融淬火结合SPS的工艺方法成功制备了纯相P型多晶SnSe块体热电材料,其在773K功率因子达到最大值3.28μW·K-2·cm-1,同时取得最大ZT值0.41。当起始原料Se过量时,会在SnSe材料中形成SnSe2杂相,会提高材料的热导率;起始原料Se缺失时,材料中出现单质Sn第二相,降低材料的电导率并提高热导率。同时,Se缺失会...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Seebeck效应示意图
图1-2 SnSe 晶体结构图[54]Fig.1-2 Crystal structure of SnSe[54]同时，也正是因为上述特殊的层状结构，SnSe 晶体在 a 轴向形成解理面，层间由范德华力连接，使得单晶 SnSe 材料易解理，机械性能差。另外单晶生长技术对条件要求苛刻，制备周期长等特点也限制了其大规模商业生产。故研究学者们开始关注多晶 SnSe 材料的研究。Sassi 等[55]首先采用放电等离子烧结的工艺方法制备出块体多晶 SnSe 材料，取得最大 ZT 值 0.5（793K）；该数值远低于单晶 SnSe 材料，归因于其较差的电输运性能和较高的热输运性能。因此研究者首先通过掺杂的方式提高载流子浓度来优化多晶电输运性能：Chen 等[56]和Chere 等[57]分别选用 Ag 和 Na 元素进行掺杂，成功提高多晶 SnSe 材料载流子浓度，提升其电输运性能，得到的最大 ZT 值为 0.6 和 0.8（773K）。另外研究者证明，提高多晶材料的织构化也是优化其电输运性能的有效手段。在降低热导率方面，Han 等[58]采用固溶合金化的方法，在 SnSe 多晶材料中形成 SnSe-SnS固溶体，达到优化多晶材料热输运性能的目的，得到最大 ZT 值 0.8（823K）。
图 2-1 SnSe 多晶材料制备与表征方案Fig.2-1 The scheme of preparation and characterization of polycrystal SnSe material2.3 Sn/Se 化学计量比变化对多晶 SnSe 的影响SnSe 是一种仅由两种元素组成的简单化合物，所以研究 Sn/Se 化学计量比的变化对其成分结构乃至性能的影响很有意义。采用相同的制备工艺，改变起始原料 Sn/Se 单质粉末的比例，制备一系列不同化学计量比的样品，并进行成分性能的测试和分析。2.3.1 Se 过量对材料的影响2.3.1.1 物相组成与显微结构图 2-2 为名义组成为 SnSe1+x(x= -0.005， 0， 0.005， 0.01， 0.015， 0.02 )
【参考文献】：
期刊论文
[1]热电能源材料研究进展[J]. 赵立东,张德培,赵勇. 西华大学学报(自然科学版). 2015(01)
[2]纳米复合热电材料研究进展[J]. 陈立东,熊震,柏胜强. 无机材料学报. 2010(06)
[3]太阳能热发电系统基础理论与关键技术战略研究[J]. 纪军,何雅玲. 中国科学基金. 2009(06)
[4]多壁碳纳米管对p型Ba0.3FeCo3Sb12化合物热电性能的影响[J]. 罗派峰,唐新峰,熊聪,张清杰. 物理学报. 2005(05)
[5]热电材料在发电和制冷方面的应用前景及研究进展[J]. 朱文,杨君友,崔昆,张同俊. 材料科学与工程. 2002(04)
本文编号：2896539
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Seebeck效应示意图
图1-2 SnSe 晶体结构图[54]Fig.1-2 Crystal structure of SnSe[54]同时，也正是因为上述特殊的层状结构，SnSe 晶体在 a 轴向形成解理面，层间由范德华力连接，使得单晶 SnSe 材料易解理，机械性能差。另外单晶生长技术对条件要求苛刻，制备周期长等特点也限制了其大规模商业生产。故研究学者们开始关注多晶 SnSe 材料的研究。Sassi 等[55]首先采用放电等离子烧结的工艺方法制备出块体多晶 SnSe 材料，取得最大 ZT 值 0.5（793K）；该数值远低于单晶 SnSe 材料，归因于其较差的电输运性能和较高的热输运性能。因此研究者首先通过掺杂的方式提高载流子浓度来优化多晶电输运性能：Chen 等[56]和Chere 等[57]分别选用 Ag 和 Na 元素进行掺杂，成功提高多晶 SnSe 材料载流子浓度，提升其电输运性能，得到的最大 ZT 值为 0.6 和 0.8（773K）。另外研究者证明，提高多晶材料的织构化也是优化其电输运性能的有效手段。在降低热导率方面，Han 等[58]采用固溶合金化的方法，在 SnSe 多晶材料中形成 SnSe-SnS固溶体，达到优化多晶材料热输运性能的目的，得到最大 ZT 值 0.8（823K）。
图 2-1 SnSe 多晶材料制备与表征方案Fig.2-1 The scheme of preparation and characterization of polycrystal SnSe material2.3 Sn/Se 化学计量比变化对多晶 SnSe 的影响SnSe 是一种仅由两种元素组成的简单化合物，所以研究 Sn/Se 化学计量比的变化对其成分结构乃至性能的影响很有意义。采用相同的制备工艺，改变起始原料 Sn/Se 单质粉末的比例，制备一系列不同化学计量比的样品，并进行成分性能的测试和分析。2.3.1 Se 过量对材料的影响2.3.1.1 物相组成与显微结构图 2-2 为名义组成为 SnSe1+x(x= -0.005， 0， 0.005， 0.01， 0.015， 0.02 )
【参考文献】：
期刊论文
[1]热电能源材料研究进展[J]. 赵立东,张德培,赵勇. 西华大学学报(自然科学版). 2015(01)
[2]纳米复合热电材料研究进展[J]. 陈立东,熊震,柏胜强. 无机材料学报. 2010(06)
[3]太阳能热发电系统基础理论与关键技术战略研究[J]. 纪军,何雅玲. 中国科学基金. 2009(06)
[4]多壁碳纳米管对p型Ba0.3FeCo3Sb12化合物热电性能的影响[J]. 罗派峰,唐新峰,熊聪,张清杰. 物理学报. 2005(05)
[5]热电材料在发电和制冷方面的应用前景及研究进展[J]. 朱文,杨君友,崔昆,张同俊. 材料科学与工程. 2002(04)
本文编号：2896539
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2896539.html
