Cu 2 Se/rGO纳米粉体的微波溶剂热合成及其反应机理研究
发布时间：2021-11-13 01:06
随着环境污染和能源危机的日益严重,加强了热电材料的研究现实意义,受到越来越多国家和学者的关注。理论的发展和先进的合成方法,促使传统热电材料的性能得到了极大的提高。由于Cu2Se本身类液态效应,具有很好的热电性能,引起了人们对Cu2Se进一步研究。提升Cu2Se热电性能的手段主要有纳米化、掺杂、复合工程、偏离化学计量比等,旨在进一步降低热导率,提升电导率,提升z T值。微波加热技术由于其直接将微波能转换为热能,因此具有传统加热方式不具备的体积加热、受热均匀、选择性加热和瞬时加热的特点。本文首先使用分子动力学模拟微波加热对反应溶液的传质过程的影响。随后使用微波高效加热技术合成Cu2Se以及Cu2Se/rGO复合材料,在微波溶剂热法合成条件下,调整工艺参数,包括反应温度、保温时间、原料配比和表面活性剂的添加量制备高纯度、尺寸均一的Cu2Se粉体以及Cu2Se/rGO复合粉体。分析各个影响因素对Cu2Se粉体相结构、尺寸...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近几年有关某些典型热电材料的已发表论文数统计[4]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3路的两种导体的势能差异加以说明。图1-2温差效应效应原理图c）汤姆森效应。区别于上述两个效应，，汤姆森效应不需要两种导体组成回路，是在同种均匀导体中就会存在的热电效应，假设电流为I通过一种均匀导体，在于电流方向存在温差T，那么这段导体上的吸收或者放热速率可以表示为：Q=βIT（1-3）在公式（1-3）中，β为汤姆森系数，具有与塞贝克系数相同的单位，也是V/K。当I与温度梯度方向一致时，导体吸热，β为正值，反之为负。汤姆森效应与帕尔贴效应的起因是类似的，不同之处在于，载流子势能差不是由载流子的势能不同导致的而是由温度梯度所引起的。1.1.2热电材料的主要性能参数热电优值是衡量热电材料热能和电能转化能力的值，或者称之为品质因子，即zT，相关系数表达式如下所示：zT=σα2T/κ（1-4）从公式中可以发现，性能较好的热电材料必须具有较高的塞贝克系数，电导率，同时具备较低的热导率。通常情况下，三者是相互关联耦合的，并且相互影响，这与材料的能带结构，载流子浓度，迁移率以及其他因素有关。所以需要对材料体系适当设计，以及改善制备工艺得到最优化的热电优值。1.1.3Cu2Se晶体结构Cu2Se基“声子液体”类热电材料是最近几年提出的一类新型热电材料，这类材料因在高温时具有极低的晶格热导率。破坏晶体周期性或增加缺陷会将声子平均自由程（散射声子）降低到较低的，但这种降低仅限于玻璃的热导率。实心玻璃通过横向剪切振动传播一些热量，而液体不会传播剪切振动[3]。Cu2Se在高温时
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4会发生结构性相变，Cu原子变成可自由迁移的类液态Cu离子，是声子被强烈散射，因此材料的晶格热导率得到了大幅度降低，且相变前后表现出优异的热电传输性能，被认为是最具有应用前景的热电材料之一[10]。Cu2Se是本征p型半导体，直接禁带宽度为2.2ev，间接禁带宽度为1.4ev[11]，是一种广泛应用的光电转换材料[12]，由于其超低的热导率，近几年来对Cu2Se材料的研究逐渐转变为关注其热电性能。从图1-3Cu-Se相图中可以看出，Cu2Se在升温过程中会发生相变，在相变点低温α相转变为高温相β-Cu2Se。Danilkin等[13]通过中子衍射证明大部分Cu主要占据四面体8（c）位置，少部分Cu占据32（f）的位置，在相变过程中Cu沿<111>方向由8（c）位置的迁移至最近的32（f）位置，如图1-4所示，高温相β-Cu2Se具有独特的快离子特性，Cu+高流动性降低了平均自由程为声子，热电材料的相关研究就是特别针对β-Cu2Se[14]。图1-3Cu-Se相图[13]图1-4Cu2Se相转变图[13]1.1.4Cu2Se基热电材料优化性能途径由于其独特的结构满足PLEC概念，Cu2Se表现出本质上低的晶格热导率和优异的热电性能。此外，大量研究表明，通过结合其他策略，如掺杂，纳米结构工程，复合材料制造，可以进一步提高其热电特性。1）掺杂。已有研究表明，适当的掺杂对Cu2Se热电优值优化有作用。这些掺杂包括Cu位掺杂和Se位掺杂。但是将重离子Ag掺入后，由于Ag+1降低了Cu+1的无序性使热导率降低，但过度增强的有效质量显著降低载流子迁移率使电导率和功率因子降低太多，整体热电性能并没有提升[15]，所以元素选择很重要。Wang等[16]发现I的掺杂可以降低相变温度到室温附近几十度左右，增强对声子的散射，
本文编号：3492003
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近几年有关某些典型热电材料的已发表论文数统计[4]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3路的两种导体的势能差异加以说明。图1-2温差效应效应原理图c）汤姆森效应。区别于上述两个效应，，汤姆森效应不需要两种导体组成回路，是在同种均匀导体中就会存在的热电效应，假设电流为I通过一种均匀导体，在于电流方向存在温差T，那么这段导体上的吸收或者放热速率可以表示为：Q=βIT（1-3）在公式（1-3）中，β为汤姆森系数，具有与塞贝克系数相同的单位，也是V/K。当I与温度梯度方向一致时，导体吸热，β为正值，反之为负。汤姆森效应与帕尔贴效应的起因是类似的，不同之处在于，载流子势能差不是由载流子的势能不同导致的而是由温度梯度所引起的。1.1.2热电材料的主要性能参数热电优值是衡量热电材料热能和电能转化能力的值，或者称之为品质因子，即zT，相关系数表达式如下所示：zT=σα2T/κ（1-4）从公式中可以发现，性能较好的热电材料必须具有较高的塞贝克系数，电导率，同时具备较低的热导率。通常情况下，三者是相互关联耦合的，并且相互影响，这与材料的能带结构，载流子浓度，迁移率以及其他因素有关。所以需要对材料体系适当设计，以及改善制备工艺得到最优化的热电优值。1.1.3Cu2Se晶体结构Cu2Se基“声子液体”类热电材料是最近几年提出的一类新型热电材料，这类材料因在高温时具有极低的晶格热导率。破坏晶体周期性或增加缺陷会将声子平均自由程（散射声子）降低到较低的，但这种降低仅限于玻璃的热导率。实心玻璃通过横向剪切振动传播一些热量，而液体不会传播剪切振动[3]。Cu2Se在高温时
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4会发生结构性相变，Cu原子变成可自由迁移的类液态Cu离子，是声子被强烈散射，因此材料的晶格热导率得到了大幅度降低，且相变前后表现出优异的热电传输性能，被认为是最具有应用前景的热电材料之一[10]。Cu2Se是本征p型半导体，直接禁带宽度为2.2ev，间接禁带宽度为1.4ev[11]，是一种广泛应用的光电转换材料[12]，由于其超低的热导率，近几年来对Cu2Se材料的研究逐渐转变为关注其热电性能。从图1-3Cu-Se相图中可以看出，Cu2Se在升温过程中会发生相变，在相变点低温α相转变为高温相β-Cu2Se。Danilkin等[13]通过中子衍射证明大部分Cu主要占据四面体8（c）位置，少部分Cu占据32（f）的位置，在相变过程中Cu沿<111>方向由8（c）位置的迁移至最近的32（f）位置，如图1-4所示，高温相β-Cu2Se具有独特的快离子特性，Cu+高流动性降低了平均自由程为声子，热电材料的相关研究就是特别针对β-Cu2Se[14]。图1-3Cu-Se相图[13]图1-4Cu2Se相转变图[13]1.1.4Cu2Se基热电材料优化性能途径由于其独特的结构满足PLEC概念，Cu2Se表现出本质上低的晶格热导率和优异的热电性能。此外，大量研究表明，通过结合其他策略，如掺杂，纳米结构工程，复合材料制造，可以进一步提高其热电特性。1）掺杂。已有研究表明，适当的掺杂对Cu2Se热电优值优化有作用。这些掺杂包括Cu位掺杂和Se位掺杂。但是将重离子Ag掺入后，由于Ag+1降低了Cu+1的无序性使热导率降低，但过度增强的有效质量显著降低载流子迁移率使电导率和功率因子降低太多，整体热电性能并没有提升[15]，所以元素选择很重要。Wang等[16]发现I的掺杂可以降低相变温度到室温附近几十度左右，增强对声子的散射，
本文编号：3492003
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