Cu 2 Se热电材料的制备、热电性能及热稳定性研究

发布时间：2024-03-12 02:28

　　自然界和人类活动中存在着能量巨大的耗散废热未被利用,而利用半导体Seebeck效应的热电转换技术可以将这些废热直接转换成高品质的电能,由于热电转换技术具有无运动部件、安全可靠、不排放燃烧污染物和应用温度范围宽等特点,作为一种新型清洁能源技术被广泛应用。性能优异的热电材料是获得高性能热电器件的基础,目前PbTe和Bi2Te3体系作为高性能热电材料在商业上被使用,但其含有有毒元素、原材料昂贵及较低的转换效率而使其应用受到限制。因此,由廉价、环保和以地球丰富元素为原料的热电材料Cu2Se引起了研究者的广泛关注。Cu2Se是一种典型的“电子晶体-声子液体”材料,其具有优异的热电性能,但由于其较差的热稳定性而使其实际应用受到限制。本论文采用熔剂法分别制备了单晶Cu2Se热电材料和纳米层状Cu2Se热电材料,研究不同的起始含量比、熔剂比例及元素掺杂对材料的结构、晶体质量、热电性能和热稳定性的影响。本论文获得了以下结论:1、采用Bi熔剂法基于不同化学计量比Cu2Se(1+x)Bi3(x=0,0.01,0.02和0.03)制备了单晶α-Cu2Se热电材料。结果表明,通过Bi熔剂法制备的单晶α-Cu2S...

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 热电材料研究背景及意义
    1.2 热电转换基本理论
        1.2.1 热电效应
            1.2.1.1 Seebeck效应
            1.2.1.2 Peltier效应
            1.2.1.3 Thomson效应
        1.2.2 热电转换效率及热电性能参数
            1.2.2.1 热电优值ZT
            1.2.2.2 Seebeck系数
            1.2.2.3 电导率σ
            1.2.2.4 热导率κ
    1.3 热电性能优化途径
        1.3.1 载流子浓度优化
        1.3.2 纳米工程
        1.3.3 制备复合材料
    1.4 典型的热电材料
        1.4.1 传统热电材料
            1.4.1.1 Bi₂Te₃热电材料
            1.4.1.2 PbTe热电材料
            1.4.1.3 SiGe热电材料
        1.4.2 新型热电材料
            1.4.2.1 Skutterudites方钴矿材料
            1.4.2.2 Zintl相热电材料
            1.4.2.3 SnX(X=Se,S)类热电材料
    1.5 Cu₂Se基热电材料研究现状
        1.5.1 Cu₂Se的结构
        1.5.2 Cu₂Se的热电性能
        1.5.3 Cu₂Se所存在的问题
    1.6 选题缘由
        1.6.1 选题依据
        1.6.2 研究内容
第2章 制备工艺与表征测试
    2.1 Cu₂Se的制备工艺
        2.1.1 样品的制备方法
        2.1.2 基本技术路线
    2.2 样品表征测试
        2.2.1 结构和形貌表征设备
            2.2.1.1 X射线衍射仪
            2.2.1.2 场发射扫描电子显微镜
            2.2.1.3 电子探针微观分析仪
            2.2.1.4 透射电子显微镜
            2.2.1.5 X-射线光电子能谱分析
            2.2.1.6 同步热分析仪
        2.2.2 热电性能参数测试
            2.2.2.1 Seebeck系数测试
            2.2.2.2 电导率测试
            2.2.2.3 霍尔测试
            2.2.2.4 热导率测试
第3章 Bi熔剂法制备单晶α-Cu₂Se及其电传输特性和热稳定性研究
    3.1 实验内容
        3.1.1 单晶α-Cu₂Se样品制备
        3.1.2 样品的表征和测试
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 样品的结构和各元素价态分析
        3.2.2 样品的成分分析
        3.2.3 样品的电传输特性分析
        3.2.4 样品的热稳定性分析
    3.3 本章小结
第4章 NaCl熔剂法制备纳米层状Cu₂Se及其热电性能研究
    4.1 实验内容
        4.1.1 样品制备
        4.1.2 材料结构性能表征
        4.1.3 材料热电性能测试
    4.2 结果与讨论
        4.2.1 样品的形貌、结构和成分分析
        4.2.2 样品各元素价态分析
        4.2.3 样品的热电性能
    4.3 本章小结
第5章 Cd掺杂纳米层状Cu₂Se及其热电性能研究
    5.1 实验内容
        5.1.1 样品的制备
        5.1.2 样品的表征和测试
    5.2 结果与讨论
        5.2.1 元素价态分析
        5.2.2 样品的结构分析
        5.2.3 样品成分分析
        5.2.4 样品的电传输性能
        5.2.5 热传输性能和无量纲值ZT
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果和获奖情况
    研究成果
    获奖情况
致谢



本文编号：3926396