GeTe合金掺杂In、S和Zn元素热电性能的研究

发布时间：2017-10-14 06:14

  本文关键词：GeTe合金掺杂In、S和Zn元素热电性能的研究

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【摘要】：热电材料作为一种特殊的功能型材料,利用材料内部载流子的运动来实现热能与电能之间的相互转换,在发电和制冷领域具有广阔的前景。研究者需要清楚的认识材料的各项性能参数,这对如何提高其性能具有指导意义。GeTe合金作为IV-VI族材料中的一员,由于合金中存在较多的Ge空位,使其具有较高的电导率,同时热导率也比较高,导致热电性能不太理想。所以,通过往GeTe合金中掺杂其他元素成为一种改善其热电性能的重要方法。本文通过高能球磨获得粉末,再结合快速热压技术制备Ge1-xInxTe(x=0,0.01,0.02,0.03,0.04)、Ge0.97In0.03Te1-ySy(y=0.05,0.1)和Ge1-zZnzTe(z=0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05)块体热电材料。当x=0.03时,Ge0.97In0.03Te具有最佳的热电性能,在500℃附近其热电优值ZT达到了1.6;当y=0.05时,Ge0.97In0.03Te0.95S0.05材料的热电优值ZT在500℃附近达到了1.53;当x=0.02时,Ge0.98Zn0.02Te具有最佳的热电性能,最高ZT为1.26。通过在三组GeTe基合金中掺杂,得到结论:(1)In元素引入占据了Ge空位,造成了晶格畸变,晶格常数发生了变化,导致材料的热导率降低,同时提高了Seebeck系数;(2)同时引入In、S两种元素的样品与只引入In元素的样品相比较,电导率几乎不变,热导率稍有增大,而Seebeck系数略有下降,原因是引入S原子后,可能增加了Ge空位,载流子浓度增大,同时造成晶格缺陷,对载流子的散射作用增强;(3)Zn元素引入量较小时,样品的电导率、Seebeck系数和热导率变化很小;当Zn掺杂量为5%时,样品的电导率、Seebeck系数和热导率变化明显。
【关键词】：热电性能 GeTe 高能球磨 热导率
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 前言8-28
• 1.1 热电学基本理论9-23
• 1.1.1 热电效应9-12
• 1.1.2 热电器件主要性能参数12-15
• 1.1.3 与热电学参数相关的固体理论15-23
• 1.2 热电材料的研究进展23-27
• 1.2.1 半导体合金24
• 1.2.2 金属氧化物24-25
• 1.2.3 Skutterudite25
• 1.2.4 金属合金固溶体25-26
• 1.2.5 Half-Heusler化合物26
• 1.2.6 Clathrate26
• 1.2.7 低维热电材料26-27
• 1.3 本文的研究目的和意义27-28
• 第2章 实验方法28-32
• 2.1 实验材料28
• 2.2 实验设备及步骤28-29
• 2.2.1 实验设备28
• 2.2.2 实验步骤28-29
• 2.3 热电性能测试29-32
• 2.3.1 热导率测试29-30
• 2.3.2 电学性能测试30-32
• 第3章 Ge~(1-x)In_xTe材料的热电性能及微观结构32-41
• 3.1 Ge~(1-x)In_xTe材料的物相组成32-33
• 3.2 Ge~(1-x)In_xTe材料的微观结构33
• 3.3 Ge~(1-x)In_xTe材料的热电性能33-37
• 3.4 数据对比37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第4章 Ge~(1-x)In_xTe~(1-y)Sy材料的热电性能及微观结构41-47
• 4.1 Ge~(1-x)In_xTe~(1-y)S_y材料的微观结构41-42
• 4.2 Ge~(1-x)In_xTe~(1-y)S_y材料的热电性能42-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第5章 Ge~(1-x)Zn_xTe材料的热电性能及微观结构47-53
• 5.1 Ge~(1-x)Zn_xTe材料的物相组成47-48
• 5.2 Ge~(1-x)Zn_xTe材料的热电性能48-52
• 5.3 本章小结52-53
• 结论53-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研成果58-59
• 致谢59-60

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本文编号：1029444