三元硫属化合物热电材料的合成与性能研究
发布时间：2021-08-28 22:14
三元硫属化合物半导体材料由于其具有高效、可调的电与热输运性质、高元素丰度和低毒性等优点,在基础研究和实际应用领域扮演着非常重要的角色。寻找一种操作简单、高效率的合成方法来制备这种半导体材料,通过调控其晶体组分与形貌,来改变它们的带隙,已经受到科学家越来越多的关注。由地球上储量丰富的三种元素构成三元半导体材料Cu-Sb-S体系,其带隙随着Cu-Sb-S晶体组分、形貌的改变而改变,是构建热电、光电器件的优异备选材料,具有巨大的潜在价值。同时,ZnIn2Se4因为具有低的本征晶格热导率,被认为是极具前景的N型热电材料。研究发现,实现高性能热电材料的关键在于热电材料具有高的导电性,高的赛贝克系数以及低的晶格热导率。这些性能受其材料本身的制备过程和结构性能影响。因此,本论文具体研究内容如下:（1）研究了一种低成本、高效的Cu-Sb-S体系纳米材料的制备新方法,并深入研究了反应温度,反应时间和前驱体化学计量比对Cu-Sb-S体系合成物的影响,成功合成了单相的Cu3SbS4和Cu12Sb
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Seebeck效应
电子科技大学硕士学位论文4子扩散为例，由于电子由高温端向低温端扩散使得热端带正电而冷端带负电。此时，材料中形成一个内建电场，当电场方向与电子扩散方向相同时，会阻碍电子进一步向冷端扩散；当电场强度完全阻止了电子扩散时，该过程达到平衡，此时材料两端的电势差被称为赛贝克电势，如图1-2(d)所示。这种由温度梯度促使载流子定向移动的过程，本质上是熵变，所以Seebeck系数与正电荷载流子传输的熵成正比。(a)(b)(c)(d)图1-2赛贝克效应原理。(a)均匀温度场下，载流子做无规则运动；(b)存在温度梯度时，载流子由热端向冷端扩散；(c)热冷两端载流子的能量分布；(d)载流子的定向运输所产生的电场1.2.2佩尔捷（Peltier）效应佩尔捷效应于1834年被法国科学家Peltier发现，其在实验中发现，由于导电回路由两种不同性质的材料组成，通电时会在接头处分别产生较小的放热或者吸热现象，接头处表现为吸热或放热由导体材料以及电流方向来决定，导体接头处吸收或释放的热量多少仅决定于接头处的温度以及导体本身性质。为了纪念发现者JeanPeltier，科学家们把这种现象称为Peltier效应[8]。Peltier效应的原理如图1-3(a)所示，将导体2中间断开，并接上电流为j的恒流电源，由于电流方向不同，左边不同材料接头处表现为吸收热量，而右边不同材料接头处则表现为释放热量。在单位面积接头处，单位时间dt内，吸收或释放的热量dQ会与电流I成正比：12IdQdt（1-3）
第一章绪论5(a)(b)图1-3Peltier效应。(a)原理图；(b)能带示意图公式（1-3）中，比例系数12是一个与温度相关的函数，称为相对Peltier系数，其单位为伏特，符号为V。它不是界面效应，而是一种体效应。通过能带分析Peltier效应，如图1-3(b)图所示，假设回路中电流方向为顺时针，由于金属与半导体接触后费米能级一致，半导体导带中高能级的电子转移到金属的费米能级上时，会释放出热量；相反，金属中费米能级上的电子转移到半导体中的导带时，会吸收热量。1.2.3汤姆逊（Thomson）效应在1855年，英国科学家WilliamThomson用热力学的方法详细分析了以上两个效应并建立了赛贝克效应和佩尔捷效应之间的关系，即证明了佩尔捷效应是赛贝克效应的一个逆过程，提出了一个在均质材料必然存在的第三种效应，Thomson效应[9]。对于单一、内部均匀、且存在温度梯度的半导体材料，通电时，除了因为电阻而产生的焦耳热之外，也会产生一个可逆的放热或吸热过程。单位体积、单位时间dt内吸收或放出的热量dQ与温度梯度和电流密度成正比，假设电流从温度较高的T+dT端流向温度较低的T端，那么满足以下关系式：dQdTIdtdx(1-4)式1-4中，比例系数β是导体的Thomson系数，其单位是V/K。如果温度梯度与电流方向相反，若导体放热，则Thomson系数是正的，反之为负[1]。由于这种表达方式与物质比热的定义非常相似，因此汤姆逊形象地称β为“电流的比热”。
本文编号：3369341
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Seebeck效应
电子科技大学硕士学位论文4子扩散为例，由于电子由高温端向低温端扩散使得热端带正电而冷端带负电。此时，材料中形成一个内建电场，当电场方向与电子扩散方向相同时，会阻碍电子进一步向冷端扩散；当电场强度完全阻止了电子扩散时，该过程达到平衡，此时材料两端的电势差被称为赛贝克电势，如图1-2(d)所示。这种由温度梯度促使载流子定向移动的过程，本质上是熵变，所以Seebeck系数与正电荷载流子传输的熵成正比。(a)(b)(c)(d)图1-2赛贝克效应原理。(a)均匀温度场下，载流子做无规则运动；(b)存在温度梯度时，载流子由热端向冷端扩散；(c)热冷两端载流子的能量分布；(d)载流子的定向运输所产生的电场1.2.2佩尔捷（Peltier）效应佩尔捷效应于1834年被法国科学家Peltier发现，其在实验中发现，由于导电回路由两种不同性质的材料组成，通电时会在接头处分别产生较小的放热或者吸热现象，接头处表现为吸热或放热由导体材料以及电流方向来决定，导体接头处吸收或释放的热量多少仅决定于接头处的温度以及导体本身性质。为了纪念发现者JeanPeltier，科学家们把这种现象称为Peltier效应[8]。Peltier效应的原理如图1-3(a)所示，将导体2中间断开，并接上电流为j的恒流电源，由于电流方向不同，左边不同材料接头处表现为吸收热量，而右边不同材料接头处则表现为释放热量。在单位面积接头处，单位时间dt内，吸收或释放的热量dQ会与电流I成正比：12IdQdt（1-3）
第一章绪论5(a)(b)图1-3Peltier效应。(a)原理图；(b)能带示意图公式（1-3）中，比例系数12是一个与温度相关的函数，称为相对Peltier系数，其单位为伏特，符号为V。它不是界面效应，而是一种体效应。通过能带分析Peltier效应，如图1-3(b)图所示，假设回路中电流方向为顺时针，由于金属与半导体接触后费米能级一致，半导体导带中高能级的电子转移到金属的费米能级上时，会释放出热量；相反，金属中费米能级上的电子转移到半导体中的导带时，会吸收热量。1.2.3汤姆逊（Thomson）效应在1855年，英国科学家WilliamThomson用热力学的方法详细分析了以上两个效应并建立了赛贝克效应和佩尔捷效应之间的关系，即证明了佩尔捷效应是赛贝克效应的一个逆过程，提出了一个在均质材料必然存在的第三种效应，Thomson效应[9]。对于单一、内部均匀、且存在温度梯度的半导体材料，通电时，除了因为电阻而产生的焦耳热之外，也会产生一个可逆的放热或吸热过程。单位体积、单位时间dt内吸收或放出的热量dQ与温度梯度和电流密度成正比，假设电流从温度较高的T+dT端流向温度较低的T端，那么满足以下关系式：dQdTIdtdx(1-4)式1-4中，比例系数β是导体的Thomson系数，其单位是V/K。如果温度梯度与电流方向相反，若导体放热，则Thomson系数是正的，反之为负[1]。由于这种表达方式与物质比热的定义非常相似，因此汤姆逊形象地称β为“电流的比热”。
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