定向凝固Cu摻雜Bi2Te3合金組織與電熱輸運(yùn)性能.pdf

1、熱電材料是一種可以實現(xiàn)電能與熱能之間相互直接轉(zhuǎn)化的功能材料，對新能源探索和環(huán)境保護(hù)等多個研究領(lǐng)域具有要意義。Bi2Te3體系是目前備受關(guān)注的室溫域熱電材料，在熱電發(fā)電和熱電制冷方面的應(yīng)用前景十分廣闊。為了進(jìn)一步提高該體系材料的熱電性能從而實現(xiàn)替代傳統(tǒng)發(fā)電和制冷器件，近年來各種優(yōu)化方法的相關(guān)報道層出不窮，其中，摻雜和納米化作為優(yōu)化熱電性能的有效途徑被廣泛研究。實際上，Bi2Te3體系材料的熱電傳輸性能受制備過程中晶體組織、結(jié)構(gòu)、成分、摻雜

2、等多種因素的影響，明確以上因素對熱電傳輸性能的作用機(jī)理及其變化規(guī)律，對提高Bi2Te3體系材料的熱電性能至關(guān)重要。為此，本論文選擇傳統(tǒng)的定向凝固方法，使Bi2Te3基合金材料經(jīng)Cu元素?fù)诫s以及固態(tài)相變后析出納米結(jié)構(gòu)相的同時按其最優(yōu)性能方向定向生長，為高性能熱電材料的研發(fā)開拓思路并提供理論依據(jù)。
　　本論文選取CuxBi2Te3+x/2和CuxBi2Te3兩種摻雜方式對Bi2Te3基進(jìn)行不同Cu含量摻雜下基體微觀組織演變和對熱電學(xué)性

3、能影響規(guī)律的探索研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著Cu含量的增加，Cu開始時固溶在Bi2Te3基體中，后逐漸在基體中原位析出第二相組織，經(jīng)實驗確定所析出的第二相為Cu2Te。隨著Cu含量的繼續(xù)增加，會在基體的晶界處形成小部分Cu2Te與Bi2Te3復(fù)合共晶組織。
　　對B i-Te-C u合金進(jìn)行5μm/s抽拉速度下的定向凝固實驗，得到的定向凝固合金組織內(nèi)部成分分布均勻一致，基體中所固溶Cu的含量有所增加，同時經(jīng)定向凝固后的基體晶體具有沿（01

4、5），（1010）和（110）晶面擇優(yōu)取向生長特性，均與Bi2Te3基體晶體中的最優(yōu)性能方向保持一致。
　　通過對室溫下經(jīng)定向凝固后的B i-Te-C u合金進(jìn)行熱電傳輸系數(shù)測試，隨著Cu含量的增加，合金電導(dǎo)率先降低后升高，與Seebeck變化呈現(xiàn)相反變化趨勢，其中CuxBi2Te3系列合金中x=0.10合金Seebeck系數(shù)絕對值高于其他成分，并且由于熱導(dǎo)率較低，最終在496K時熱電優(yōu)值達(dá)到最高值0.69，高于塊體Bi2Te3未