p型SnSe织构化多晶制备与热电性能优化探究

发布时间：2017-06-09 00:04

  本文关键词：p型SnSe织构化多晶制备与热电性能优化探究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硒化锡(SnSe)是新兴热电材料体系之一。但SnSe多晶存在功率因子过低(S2σ5μWcm-1K-2)、热电性能差(ZT值范围0.3~0.6),亟需结构改善和性能提高。本论文从重建SnSe多晶各向异性的角度入手,利用区熔法(ZM)、区熔-放电等离子烧结法(ZM-SPS)、区熔-热压法(ZM-HP)制备了三种高织构化程度的p型多晶SnSe材料。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、ZEM-3型电学性能测试系统、LFA-457型激光热导仪及综合物理测试系统(PPMS)等分析手段对其进行了物相、显微结构、织构化程度和热电性能表征,并对Ge掺杂SnSe多晶材料的热电性能进行了初步分析。主要结论为:1.ZM、ZM-SPS、ZM-HP法制备的SnSe多晶均以(400)晶面为择优取向。采用Lotgering法计算SnSe多晶(400)面的取向因子F(400)值分别为0.98、0.66、0.41,高于文献报道的0.04~0.31;2.823 K时,ZM-HP、ZM-SPS、ZM制备的SnSe多晶功率因子分别为3.88μWcm-1K-2、6.33μWcm-1K-2、9.52μWcm-1K-2;ZM样品的功率因子最大可达9.82μWcm-1K-2@873 K,接近单晶(9.87μWcm-1K-2);这表明电输运性能随织构化程度提高有变高的趋势。热导率可通过晶界的引入及织构化程度的减小而有效降低:ZM、ZM-SPS、ZM-HP制备的SnSe晶粒尺寸范围分别为250μm、50~70μm,50~100μm,823 K时各样品对应的热导率分别为0.95 Wm-1K-1、0.69 Wm-1K-1、0.69 Wm-1K-1。提高织构化程度是优化SnSe多晶热电性能的有效途径:ZM、ZM-SPS制备的SnSe多晶ZT值分别可达0.92、1.05;3.Ge掺杂能显著降低SnSe体系的载流子浓度,恶化电输运性能。ZM-HP法制备的Sn0.92Ge0.08Se,室温载流子浓度由未掺杂Ge时的2.9×1017 cm-3降至6.6×1016cm-3,823 K时功率因子由未掺杂Ge时的3.88μWcm-1K-2降至1.87μWcm-1K-2。
【关键词】：SnSe 多晶 织构化 Ge掺杂 热电性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.32
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 热电性能评价及优化途径10-13
• 1.2.1 热电性能评价参数10-11
• 1.2.2 热电性能优化途径11-13
• 1.3 SnSe基热电材料研究进展13-18
• 1.3.1 SnSe基热电材料的性质13-14
• 1.3.2 SnSe基热电材料的制备方法14-15
• 1.3.3 SnSe基热电材料的研究进展15-18
• 1.4 存在问题及展望18
• 1.5 本论文的主要研究内容及创新性18-20
• 第2章 实验方法与表征20-28
• 2.1 实验原料20
• 2.2 实验设备20-21
• 2.3 实验方法21-23
• 2.3.0 实验流程21
• 2.3.1 SnSe基材料的合成21-22
• 2.3.2 区熔法22
• 2.3.3 放电等离子烧结法22-23
• 2.3.4 热压烧结法23
• 2.4 测试表征方法23-28
• 2.4.1 物相及织构化程度23-24
• 2.4.2 微观形貌及成分24
• 2.4.3 电输运性能24-25
• 2.4.4 热输运性能25-27
• 2.4.5 室温载流子输运特性27-28
• 第3章 织构化多晶SnSe的制备及热电性能28-41
• 3.1 织构化多晶的制备28-30
• 3.1.1 区熔法制备多晶SnSe28
• 3.1.2 区熔-放电等离子烧结法制备多晶SnSe28-29
• 3.1.3 区熔-热压烧结法制备多晶SnSe29-30
• 3.2 多晶SnSe的结构表征30-31
• 3.3 织构化多晶SnSe的热电性能31-37
• 3.3.1 不同织构化程度多晶SnSe的电输运性能31-35
• 3.3.2 不同织构化程度多晶SnSe的热输运性能35-36
• 3.3.3 不同织构化程度多晶SnSe的热电优值36-37
• 3.4 织构化程度对SnSe多晶热电性能的影响37-39
• 3.4.1 织构化程度对SnSe多晶各向异性的影响37-38
• 3.4.2 织构化程度对SnSe多晶热电性能的影响38-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 Sn_(1-x)Ge_xSe热电性能探究41-51
• 4.1 织构化Sn_(1-x)Ge_xSe多晶的制备41-42
• 4.2 结构表征42
• 4.3 Sn_(1-x)Ge_xSe的热电性能42-49
• 4.3.1 Sn_(1-x)Ge_xSe在⊥P方向的热电性能42-47
• 4.3.2 Sn_(1-x)Ge_xSe的各向异性47-49
• 4.4 本章小结49-51
• 结论51-52
• 参考文献52-57
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果57-58
• 致谢58

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本文编号：433996