提升BiSbTe基纳米复合体系热电性能途径的实验探索和研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinlingbing
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
热电材料是一种可以将热能和电能直接相互转换的功能材料。热电材料的性能用热电优值ZT的大小来衡量。BiSbTe合金是目前室温下性能最好的热电材料,具有非常广阔的应用前景。本论文在前期工作的基础上,采用真空熔炼结合热压工艺制备了性能较为优越的BiSbTe基体(功率因子PF=~48μW/(cm·K2),热电优值ZT=~1.3),探索了热压温度对其结构和性能的影响;然后制备了以BiSbTe为基体,分别以Cu3SbSe4、Cu2Se、CuO和β-Zn4Sb3为弥散相的四种纳米复合材料,并分别对其热电性能进行了研究,主要的研究结果如下;  (一)我们制备了不同热压温度(523 K,573 K,623 K和663 K)下的BiSbTe样品,并在300 K到500 K对其热电性能进行了研究。研究结果表明:样品的电阻率、热电势和热导率都随着热压温度的变化呈现规律性的变化。这是因为随着热压温度的增加,晶粒不断生长,孔隙率逐渐下降,致密度不断提高。最终,热压温度为623 K的样品在413K时取得最大的ZT值1.3。  (二)我们制备了f(Cu3SbSe4)/BiSbTe(f=0,1,2,3 vol.%)纳米复合材料,并在300 K到500 K对其热电性能进行了研究。研究结果表明:在复合量为1 vol.%的样品中,在476 K除了晶格热导率降低~50%,功率因子同时提升了~5%。晶格热导率的降低是由于纳米颗粒及界面强化了声子散射以及界面势对少子输运的抑制弱化了双极效应造成的,而功率因子高温区的提升则是异质结界面势的散射引起能量过滤效应使热电势升高以及高温区迁移率降低的减缓的原因。最终,其ZT值在467K达到1.6,较未复合的样品(ZT=1.3)提升了22%,它是目前报道的在该温区的最大值。该材料在低级废热回收应用上具有诱人的应用前景。  (三)我们选择了禁带更宽的Cu2Se纳米颗粒作为弥散相制备了f(Cu2Se)/BiSbTe(f=0,0.1,0.3,0.5,0.7 vol.%)纳米复合材料,并在300 K到500 K对其热电性能进行了研究。研究结果表明:在复合量为0.3 vol.%的样品中,功率因子在488 K时较未复合样品提高了~20%,是由于界面处形成的不对称势垒对少子传输的抑制造成热电势随着温度的升高在整个温区内持续上升。晶格热导率在488 K时较未复合样品下降了~60%,这是由于增加的纳米粒子和界面对声子的强烈散射,以及弱化的双极效应。最终,ZT值随着温度的增长持续上升,并在488 K时取得了最大值1.6,较未复合样品在此温度下的ZT值提升了~55%,这种材料非常适合制作用于低级废热回收的热电器件。  (四)我们选择了纳米氧化物CuO作为弥散相制备了f(CuO)/BiSbTe(f=0,0.1,0.2,0.3 vol.%)纳米复合材料,并在300 K到500 K对其热电性能进行了研究。根据研究结果,我们发现:复合量为0.2 vol.%的样品中,电阻率、热电势、热导率和热电优值等参数随温度的变化趋势和Cu2Se/BiSbTe复合样品是基本一致的,其热电优值在496 K时达到1.37,这表明,通过复合纳米CuO,虽然观察到了我们预期的实验现象,但是其对BiSbTe基体的热电性能的提升是非常有限的。  (五)最后,我们制备了f(β-Zn4Sb3)/BiSbTe(f=0,1.3,2.6,3.9,5 vol.%)纳米复合材料并对其热电性能在300 K到500 K进行了研究。研究结果表明在复合量为1.3 vol.%的复合体系中,同时实现了~5% Seebeck系数的提升和~32%晶格热导率的降低,这分别是由于能量过滤效应以及增强的声子散射。最终复合量为1.3vol.%的纳米复合体系在443 K时热电优值ZT达到1.43,相比于未复合样品提升了~18%。
其他文献
随着世界造船业和海洋平台技术的飞速发展,船舶吨位越来越趋于大型化,对船体结构用钢板的强度和质量等级要求越来越高。我国作为世界造船大国之一,近年来造船行业和海洋工程建设
Al-5.0Zn-1.5Mg合金是高速列车不可或缺的关键材料之一。目前,国产中强可焊7xxx铝合金板材已经应用于我国铁路动车组关键部件中,但是由于对其合金板材制造过程中的组织结构演变
从事企业单位计量管理工作7年,7年来,从对计量工作的一无所知,到目前的应用自如,中间走了很多弯路,经历了很多挫折.为了使有志向从事计量工作的同仁们,可以少走弯路,少经历挫
现代农业和人类生活越来越注重种子和粮食的加工品质。在多种农业装备的设计方面都用到了气力技术,如气力精密播种机、种子清选机械、脱粒机械、谷物联合收获机及粮食加工风筛
为明确砂地层孔径分布特征及其对泥浆在地层中渗透的影响,采用压汞试验对5组均一粒径的砂地层孔径进行实测,并参考谢拉德等计算砂砾料滤层孔径的方法,基于等直圆管对砂地层孔径计算方法进行改进。同时配制9组不同性质的泥浆在不同孔径的砂地层中开展泥浆渗透试验,依据渗透试验结果讨论地层平均孔径与泥浆颗粒粒径之间的对应关系。以泥浆在砂地层中形成泥皮+渗透带的渗透试验为例,通过测试泥浆在地层中渗透流量的变化,并计算
低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramics, LTCC)技术是近年来兴起的一种组件整合技术,该技术已经成为实现电路中各类微波器件集成化、微型化、模块化和低成本化的首选
由于激光技术的进步和发展,新型功能材料的探索一直是国内外的研究热点。本论文具体工作包括两个方面:一是TbVO4新型磁光晶体的提拉法生长,并对其性能进行研究,为下一步的实用化
大尺寸KDP晶体是目前唯一能满足ICF要求的电光和非线性晶体,是ICF研究中关键性的材料,目前国际上对其研究集中在三个方面:提高晶体质量特别是激光损伤阈值、大尺寸晶体快速生长
围绕破解创新教育与专业教育结合不紧、创新能力培养载体缺失、质量评价体系陈旧等问题,通过“1+4”“做学创”一体范式的构建与实践,即创设1个服务平台和实施“项目融合化、
本论文根据2007年8月-2008年7月在甘肃省武威灌溉试验站进行的春小麦大田实验,主要根据不同储水灌溉定额、春小麦播种方式及休闲期耕作方式设计了四种处理,通过对土壤蒸发、土壤含水量以及春小麦生态生理指标和产量观测分析,研究了休闲期蒸发及耗水规律及注水播种技术,结果表明:1、在农田休闲期采取节水型储水灌溉技术及免耕措施,可有效地减少土壤水分蒸发。本实验条件下,900m3/hm2冬季储水定额,可以减