ZnO基熱電材料的制備與性能研究.pdf

1、熱電材料是一類能直接實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換功能的材料,無需機(jī)械部件,無噪音,節(jié)約能源,因此受到人們的關(guān)注。ZnO作為良好的n型半導(dǎo)體熱電材料,由于其具備來源豐富、價(jià)格低廉、無污染、熱穩(wěn)定性高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢,在高溫工作溫度范圍內(nèi)極具潛力。
　　 采用固相反應(yīng)法制備了ZnO基熱電材料。通過XRD、熱電測試裝置分析了含不同摻雜源(S、Fe、Ni)ZnO試樣的物相組成、晶體結(jié)構(gòu)以及功率因子,獲得了各自的最佳摻雜濃度。通過改變S摻雜試樣的燒結(jié)

2、溫度,利用SEM分析了不同燒結(jié)溫度試樣的形貌特征,研究了燒結(jié)溫度對(duì)S摻雜試樣熱電性能的影響。在S摻雜的基礎(chǔ)上,通過改變ZnO中納米TiO2顆粒的含量,研究了納米顆粒摻雜對(duì)電學(xué)性能的影響。
　　 對(duì)于1273K燒結(jié)ZnO基熱電材料的研究表明:未摻雜ZnO熱電材料是n型半導(dǎo)體材料,其在1073K的電導(dǎo)率、Seebeck系數(shù)、功率因子分別為:9.5Ω-1cm-1、-159.3μV/K、2.4×10-5Wm-1K-2；Fe是一種良好的n

3、型摻雜劑,最佳摻雜濃度為2at.％,試樣ZnO:Fe(x=0.02)在1073K的功率因子(1.7×10-4Wm-1K-2),為同溫度下未摻雜ZnO功率因子的7倍；Ni摻雜ZnO熱電材料也為n型半導(dǎo)體材料,但其摻雜效果比Fe差,最佳摻雜濃度為1at.％,試樣ZnO:Ni(x=0.01)在1073K的功率功率因子為0.7×10-4Wm-1K-2；S摻雜ZnO是n型半導(dǎo)體材料,其摻雜效果好于Fe、Ni,最佳摻雜濃度為3 at％,試樣ZnO:

4、S(x=0.03)在1073K的功率因子為2.5×10-4 Wm-1K-2。
　　 在三種不同燒結(jié)溫度(1173K、1273K、1373K)的ZnO:S(x=0.03)試樣中,1273K燒結(jié)試樣在1073K具有最高功率因子。納米TiO2顆粒的摻雜沒有改變?cè)嚇覼nO:S(x=0.03)的n型半導(dǎo)體特性,而且試樣原有的電導(dǎo)率得到有效保持,此時(shí)的納米TiO2最佳摻雜濃度為0.3at％,試樣ZTOS0.3％(S:3at.％,TiO2:0