納米顆粒摻雜Bi2Te3基熱電材料的制備及性能表征.pdf

1、目前熱電材料研究方向在于通過優(yōu)化材料組分和結(jié)構(gòu)來改善熱電性能,提高熱電轉(zhuǎn)換效率,使熱電材料得到更為廣泛的應用。
　　 本文通過溶劑熱法制備出六方相Bi2Te3納米基體,采用真空封管熔煉法分別得到Bi0.Sb1.5Te3和Bi2Te2.7Se0.3合金。在室溫下采用液相化學反應合成出40nm Ag2Te和10nm ZnO。通過球磨分別將AgETe和ZnO納米顆粒進行摻雜,改善材料結(jié)構(gòu)和組分,制備出p-(AgETe)x(Bi0.5S

2、b1.5Te3)1-x和n-(ZnO)x(Bi2Te2.7Se0.3)1-x。采用快速熱壓工藝制備合金的塊體材料,在300～573K溫度范圍內(nèi)研究不同摻雜量對材料的熱電性能的影響。
　　 本文的研究成果如下:
　　 1.通過溶劑熱法制備出晶粒均一,粒度大小在200nm左右,純度高的六方相Bi2Te3粉末。這種微尺度的納米粉體具有高的比表面和較高的活性,因此將有利于后續(xù)的合金化過程的進行。
　　 2.以納米Bi2T

3、e3粉體作為基體,采用真空封管熔煉法分別制備出組分均一六方相的P型Bi0.5Sb1.5Te3和n型Bi2Te2.7Se0.3合金錠,再通過球磨分別將Ag2Te和ZnO納米顆粒摻入P型Bi0.5Sb1.5Te3和n型Bi2Te2.7Se0.3得到p-(Ag2Te)x(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x和n-(ZnO)x(Bi2Te2.7Se0.3)1-x合金粉末。
　　 3.以快速熱壓法分別制備出p型和n型塊體材料,研究了不同溫度

4、,壓力和燒結(jié)時間對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響,尋求合金粉末的最佳燒結(jié)工藝。結(jié)果表明:p-(Ag2Te)0.075(Bi0.5Sb1.5Te3)0.925在400℃,20MPa,N2氣氛下燒結(jié)15min,材料功率因子最佳;n-(ZnO)0.2(Bi2Te2.7Se0.3)0.8在520℃,40MPa,N2氣氛下燒結(jié)時間為15min,材料綜合性能最佳。
　　 4.通過Ag2Te納米顆粒的摻雜后得到p-(Ag2Ze)x(Bi0.5Sb1.5

5、Te3)1-x,隨著摻雜量的增加,材料的電導率降低,Seebeck系數(shù)上升。當x=0.075,電導率在300K時達到900S/cm,Seebeck系數(shù)在573K時達到206μV/K,功率因子在300K時達到17.6μW/(cm·K2)。
　　 5.通過ZnO納米顆粒的摻雜后得到n-(ZnO)x(Bi2Te2.7Se0.3)1-x,提高了材料的電導率和Seebeck系數(shù),提高了功率因子,11-(ZnO)x(Bi2Te2.7Se0.

6、3)1-x當x=0.2,電導率在300K時達到1067S/cm。Seebeck系數(shù)在473K時達到202μV/K,功率因子在300K時達到32.71μW/(em·K)。
　　 本文的研究為繼續(xù)開發(fā)高性能Bi2Te3基熱電材料提供了一種新的高效率、低能耗的摻雜和燒結(jié)方法?？梢赃x取p-(Ag2Te)x(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x和n-(ZnO)x(Bi2Te2.TSe0.3)1-x材料來組裝成器件,進一步研究熱電器件的性能和