多晶硒化锡基热电材料的制备与性能研究

发布时间：2017-08-05 05:01

  本文关键词：多晶硒化锡基热电材料的制备与性能研究

  更多相关文章： 热电材料 p型和n型 SnSe多晶 放电等离子烧结 区熔法

【摘要】：热电材料可以实现热能和电能的直接相互转换,对于缓解化石能源枯竭和环境污染问题具有重要意义。SnSe是一种结构简单、环境友好、化学性质稳定的层状半导体材料。据报道,SnSe单晶材料具有超低晶格热导率(0.23Wm-1K-1@923 K), ZT值可高达创纪录的2.6@923 K。这表明SnSe是一种非常有潜力的新型热电材料体系并因此备受关注。为了克服单晶生长条件苛刻、制备周期长和机械性能差等缺点,制备SnSe多晶并改善其热电性能成了国内外相关研究热点。然而受限于较低的电导率,目前热压或者放电等离子烧结法制备的SnSe多晶的ZT值仅为0.5。因此,提高材料的电输运性能是提高SnSe多晶热电性能的重要途径。本文以SnSe多晶材料为研究对象,通过掺Ag来优化p型SnSe多晶的载流子浓度与电导率,并采用区熔法制备了高织构化的Sn0.99Ag0.02Se样品以进一步提升其电输运性能；我们还采用放电等离子烧结的方法制备BiCl_3掺杂的n型SnSe材料,并探究BiCl_3的掺杂对n型材料的热电性能的影响。主要工作如下：(1)采用熔融结合真空热压烧结的方法制备了p型多晶SnSe块体样品。研究发现Ag掺杂在SnSe样品中,内部引入大量的空穴,在300～793 K的温度范围内,使得材料的载流子浓度与电导率都显著提升,并保持较高的Seebeck系数。另一方面,Ag掺杂使多晶SnSe样品内部形成点缺陷,显著降低了热导率。总体来看,Ag掺杂显著改善了p型SnSe多晶材料在整个温区内的热电性能。(2)采用区熔法制备出高织构化的p型Sn0.99Ag0.02Se样品,通过与热压样品对比研究发现,良好的织构化结构使得多晶SnSe样品表现出更优的电输运性能和热电性能,其793 K时的ZT值高达1.3,这也是目前己报道的SnSe多晶材料的最优热电性能。(3)以BiCl_3作为掺杂剂,采用熔融结合放电等离子烧结的方法制备n型SnSe多晶块体样品。研究发现BiCl_3的掺杂有效地提高了n型SnSe材料的载流子浓度与电输运性能,同时BiCl_3掺杂引入的大量的晶格点缺陷显著降低了材料的热导率。在793 K时,n型SnSe材料的最优化功率因子和ZT值分别为5 μWcm-1K-2和～0.7。
【关键词】：热电材料 p型和n型 SnSe多晶 放电等离子烧结 区熔法
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.32
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 热电材料研究背景9
• 1.2 热电转换效率9-10
• 1.3 热电输运理论10-14
• 1.4 几种热电材料的研究进展14-17
• 1.5 SnSe热电材料的研究进展17-19
• 1.6 本论文的选题意义和主要内容19-20
• 第二章 材料的制备工艺与性能的测试表征20-27
• 2.1 实验原料20
• 2.2 实验流程20-21
• 2.3 制备工艺21-23
• 2.4 材料的性能测试与表征23-27
• 第三章 P型SnSe基热电材料的制备与性能研究27-44
• 3.1 引言27
• 3.2 P型SnSe热电材料的制备27-28
• 3.3 热压烧结法实验结果与讨论28-36
• 3.4 区熔法实验结果与分析36-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 N型BiCl_3/SnSe_(0.95)热电材料的制备与性能研究44-54
• 4.1 引言44
• 4.2 BiCl_3/SnSe_(0.95)热电材料的制备44-45
• 4.3 实验结果与讨论45-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 全文总结54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61
• 攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况61

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本文编号：623201