单晶PbSe热电材料的制备及热电性能研究
发布时间：2022-01-06 11:41
热电材料是一种能将热能直接转换成电能的新能源材料,其具有无噪音,无排放,无泄漏等优点使其拥有广泛的潜在研究应用前景。优异的热电材料在具备高Seebeck系数、高电导率的同时还需具有较低的热导率。PbSe由于具有较低的热导率和较优的电学性能在中温区被认为是一种极具潜力的热电材料。据文献报道,其同族PbTe材料的ZT值达到2.0左右,但Te在自然界的含量很低,与之相比,Se的储量远高于Te,而且PbSe与PbTe在晶体和电子结构方面非常类似,通过优化,PbSe也应具有优异的热电性能。此外,与PbTe相比,PbSe的熔点较高,能在更高温度的环境下工作,因此近年来PbSe作为热电材料被广泛研究。本文尝试采用熔剂法制备PbSe基热电材料,通过调节熔剂起始量来改善材料的热电性能,并结合第一性原理研究熔剂法制备的样品中Bi取代Pb对PbSe能带结构的影响。本论文获得如下主要结论:1.通过Pb助熔剂法制备出晶体质量较好的PbSe单晶热电材料,并通过调节Pb熔剂的配比实现利用非掺杂手段对材料的载流子浓度进行微调。所有样品的晶格常数均随Pb含量的增加而增大。FESEM和TEM结果表明,通过Pb助熔剂法制备...
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)Seebeck效应示意图和(b)温差发电模型[29]
第1章绪论3还在两个接触点处产生了吸热和放热的现象，这种现象即为Peliter效应[30]，并且这是种可逆效应，故Peliter效应亦称为Seebeck效应的逆效应。如图1.2(b)所示为热电制冷模型。研究表明，吸收或放出的热量Q只与材料本身的性质和两触点的温度有关，满足公式(1-2)的关系[31]：ababIdTdQ(1-2)其中，ab和Iab分别为Peltier系数和导体中流过的电流。图1.2(a)Peltier效应示意图和(b)热电制冷模型[32]Fig.1.2.(a)SchematicofPeltiereffectand(b)Thermoelectriccoolingmodel1.2.3Thomson效应英国著名物理学家Thomson在1854年在Seebeck效应和Peltier效应的基础下提出了Thomson效应[33]。汤姆逊(Thomson)效应又称为第三热电效应。当一根金属导线两端存在温度差时，如果通以电流，则这段导线中将产生吸热或放热现象，这部分热量称为汤姆逊热量。下式中满足该关系：dxdTIdxdQ(1-3)导体的Thomson系数是定值，单位为VK-1。的值随着材料和温度的不同而不同。
第1章绪论8室温附近的晶格热导率kL约为10Wm1K1，导致它的热电性能比较差。除了通过使用如碱土金属、IV族元素、镧系、锕系和铊等众多不同的元素来填充八面体所围成的空隙优化材料性能外，还可以通过在材料中引入纳米颗粒来降低晶格热导率。图1.3CoSb3晶格(a)和碱土金属及稀土金属原子在方钴矿晶格孔洞中的填充量极限(b)[68]Fig.1.3.LimitsofCoSb3lattice(a)andalkalineearthmetalandrareearthmetalatomsintheskutterorelatticeholes(b).1.5.1.2Cu2SeCu2Se是一种很有前途的P型热电材料，其原子排列复杂。该体系可表现出两种不同的结构，在室温下为单斜-Cu2Se结构，在约400K的相变温度下转变为立方-Cu2Se结构[69]。这两种结构的化学组分中Cu都存在明显的不足。Cu2Se作为一种典型的声液电子晶体材料，Cu离子在高温Cu2Se中无序排列，导致其导热系数极低，从而热电性能较高[70]。Cu2Se热电材料在高温范围内的晶格热导率kL较低，约为0.4~0.6W/mK，表明它有着很低的声子平均自由程。目前虽然多晶Cu2Se化合物具有良好的热电性能，但由于在使用过程中由于Se元素蒸
【参考文献】：
期刊论文
[1]Sn基Ⅷ型笼合物Ba8Ga16Sn30热电材料研究进展[J]. 申兰先,刘祖明,邓书康,孟代仪,晒旭霞. 功能材料. 2015(S1)
[2]热电材料在发电和制冷方面的应用前景及研究进展[J]. 朱文,杨君友,崔昆,张同俊. 材料科学与工程. 2002(04)
博士论文
[1]PbTe掺杂优化及其热电传输特性的理论与实验研究[D]. 王晓光.中国科学技术大学 2015
[2]高压烧结制备PbSe基热电材料的微结构与热电性能研究[D]. 陈波.武汉理工大学 2012
硕士论文
[1]Bi2Te3系热电材料的制备及其性能研究[D]. 余明星.华中科技大学 2012
[2]熔炼法制备Bi2Te3系热电材料及性能研究[D]. 徐志军.华中科技大学 2012
本文编号：3572385
【文章来源】：云南师范大学云南省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)Seebeck效应示意图和(b)温差发电模型[29]
第1章绪论3还在两个接触点处产生了吸热和放热的现象，这种现象即为Peliter效应[30]，并且这是种可逆效应，故Peliter效应亦称为Seebeck效应的逆效应。如图1.2(b)所示为热电制冷模型。研究表明，吸收或放出的热量Q只与材料本身的性质和两触点的温度有关，满足公式(1-2)的关系[31]：ababIdTdQ(1-2)其中，ab和Iab分别为Peltier系数和导体中流过的电流。图1.2(a)Peltier效应示意图和(b)热电制冷模型[32]Fig.1.2.(a)SchematicofPeltiereffectand(b)Thermoelectriccoolingmodel1.2.3Thomson效应英国著名物理学家Thomson在1854年在Seebeck效应和Peltier效应的基础下提出了Thomson效应[33]。汤姆逊(Thomson)效应又称为第三热电效应。当一根金属导线两端存在温度差时，如果通以电流，则这段导线中将产生吸热或放热现象，这部分热量称为汤姆逊热量。下式中满足该关系：dxdTIdxdQ(1-3)导体的Thomson系数是定值，单位为VK-1。的值随着材料和温度的不同而不同。
第1章绪论8室温附近的晶格热导率kL约为10Wm1K1，导致它的热电性能比较差。除了通过使用如碱土金属、IV族元素、镧系、锕系和铊等众多不同的元素来填充八面体所围成的空隙优化材料性能外，还可以通过在材料中引入纳米颗粒来降低晶格热导率。图1.3CoSb3晶格(a)和碱土金属及稀土金属原子在方钴矿晶格孔洞中的填充量极限(b)[68]Fig.1.3.LimitsofCoSb3lattice(a)andalkalineearthmetalandrareearthmetalatomsintheskutterorelatticeholes(b).1.5.1.2Cu2SeCu2Se是一种很有前途的P型热电材料，其原子排列复杂。该体系可表现出两种不同的结构，在室温下为单斜-Cu2Se结构，在约400K的相变温度下转变为立方-Cu2Se结构[69]。这两种结构的化学组分中Cu都存在明显的不足。Cu2Se作为一种典型的声液电子晶体材料，Cu离子在高温Cu2Se中无序排列，导致其导热系数极低，从而热电性能较高[70]。Cu2Se热电材料在高温范围内的晶格热导率kL较低，约为0.4~0.6W/mK，表明它有着很低的声子平均自由程。目前虽然多晶Cu2Se化合物具有良好的热电性能，但由于在使用过程中由于Se元素蒸
【参考文献】：
期刊论文
[1]Sn基Ⅷ型笼合物Ba8Ga16Sn30热电材料研究进展[J]. 申兰先,刘祖明,邓书康,孟代仪,晒旭霞. 功能材料. 2015(S1)
[2]热电材料在发电和制冷方面的应用前景及研究进展[J]. 朱文,杨君友,崔昆,张同俊. 材料科学与工程. 2002(04)
博士论文
[1]PbTe掺杂优化及其热电传输特性的理论与实验研究[D]. 王晓光.中国科学技术大学 2015
[2]高压烧结制备PbSe基热电材料的微结构与热电性能研究[D]. 陈波.武汉理工大学 2012
硕士论文
[1]Bi2Te3系热电材料的制备及其性能研究[D]. 余明星.华中科技大学 2012
[2]熔炼法制备Bi2Te3系热电材料及性能研究[D]. 徐志军.华中科技大学 2012
本文编号：3572385
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