《鹼金屬摻雜BiCuSeO陶瓷顯微結構調控及其熱電性能研究》是依託北京化工大學，由蘭金叻擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鹼金屬摻雜BiCuSeO陶瓷顯微結構調控及其熱電性能研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蘭金叻
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氧化物熱電材料由於在廢熱發電、空調和製冷等方面具有廣闊的套用前景，近年來受到了越來越大的關注。但是傳統的氧化物材料電導率偏低，熱導率偏高，熱電性能較差，限制了它的實際套用。新型層狀氧化物熱電材料是提高氧化物熱電性能的重要途徑。最近研究表明，BiCuSeO具有獨特的二維層狀結構，摻雜最佳化後呈現出優良的高溫熱電性能，是高性能氧化物材料研究的熱點。本課題擬採用水熱合成方法、放電電漿燒結結合退火工藝製備BiSeCuO 納米複合陶瓷。通過鹼金屬摻雜和納米結構複合調控和最佳化材料的熱電性能。在此基礎上，研究BiCuSeO體系中載流子和聲子的輸運機制，以及納米結構對熱電性能的影響規律。研究成果將為高性能熱電陶瓷的製備和熱電輸運機制提供重要的實驗證據和理論依據。
結題摘要
熱電材料可以實現熱能與電能之間的相互轉換,屬於一種功能複合材料。它可以套用在很多領域，比如:製冷、控溫和測溫等。熱電材料也是一種具有市場套用前景的新能源材料，它有以下優勢：結構簡單、運行無雜音、環境友好、性能穩定等，可以在能源回收領域中起到很好的作用。BiCuSeO是目前性能較為優異的氧化物熱電材料，但其本徵電導率較低，本課題採用單摻雜、雙摻雜的方法來提高其電導率，同時提高其熱電優值ZT。由於鈉的引入，晶粒的生長更加規則，顆粒度也減小，隨著鈉摻雜量的增加而出現了過量析出的現象。由於Na+比Bi3+的離子半徑小更易於取代,所以其熱導率降低,電導率也得到提高。873 K時熱導率由0.71 Wm-1K-1降低為0.57 Wm-1K-1，室溫下電導率由1.6 Scm-1提高到199.3 S cm-1，雖然整體的Seebeck係數有所損失，但是ZT值由0.4提高到0.7。K摻雜BiCuSeO的電導率得到較明顯的提高並取得一個較高的ZT值，當摻雜水平為2%，獲得最大的功率因子；隨著K摻雜量的增加，提供了足夠點缺陷，加強了聲子的點缺陷散射機制，對降低晶格熱導率有顯著的作用。同時得到了K摻雜的固溶度小於6%的結論。最後，當摻雜量為4%的時候，樣品獲得最大的ZT值。鑒於Na摻雜後的低熱導率和Pb摻雜後較高的電導率，所以利用二者的優點來提高樣品的熱電性能。最後對數據進行分析，隨著Pb摻雜量的增加，在電導率增加的同時熱導率也有一定的增大，由於電導率的增幅高於熱導率的增幅，最後樣品的ZT值增大到0.73。
