《CoSb3/石墨烯納米複合材料的原位合成及熱電輸運特性》是依託浙江大學，由謝健擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CoSb3/石墨烯納米複合材料的原位合成及熱電輸運特性
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：謝健
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請項目將用原位溶劑熱法合成一種新結構的CoSb3基熱電材料，即CoSb3/石墨烯納米複合材料。由於前驅體相互的物理化學作用，這種結構中納米CoSb3晶粒（5-10納米）可被均勻地約束於石墨烯層間；同時，石墨烯層可被CoSb3充分隔離，經熱壓後可形成CoSb3納米晶粒/石墨烯層-層結構。石墨烯的分散作用可有效阻止熱壓過程中CoSb3晶粒的團聚和長大，石墨烯的物理化學性質也與真空熱壓工藝相容。通過本項目的實施，將揭示溶劑熱反應參數（溫度、時間、前驅體組元之間的物理化學作用等）對CoSb3/石墨烯納米複合材料微觀形態的影響規律；揭示熱壓對CoSb3/石墨烯微觀形態的演變規律，及該演變同熱電輸運特性的關係規律，特別是CoSb3晶粒尺寸、晶界及與石墨烯界面微結構的演變對聲子輸運行為的影響規律。在揭示上述規律的基礎上，通過對CoSb3/石墨烯納米複合材料微結構的最佳化設計來實現其熱電性能的突破。
結題摘要
通過溶劑熱法製備了CoSb3/G納米複合材料，然後經過熱壓製備了p型CoSb3/G塊體複合熱電材料。所得產物的CoSb3顆粒非常細小，約5–10納米，其中薄層的石墨烯嵌於其間，石墨烯的含量約為1.5 wt%。在80 MPa下600 ºC熱壓2小時後，CoSb3顆粒仍保持在100納米左右。研究發現，少量石墨烯的引入可顯著提高CoSb3的電導率，電導率的提高是載流子濃度和遷移率共同增加的緣故，但賽貝克係數則變化不大。CoSb3/G納米複合材料顯示出了較低的晶格熱導率，這是由納米化引入晶界散射和第二相引入界面散射共同作用的結果。在800 K時，CoSb3/G納米複合材料的熱電優值達到0.61，而單純CoSb3的熱電優值僅為0.26。用類似的方法製備了PbTe/G納米複合材料，其中PbTe呈現立方形，顆粒尺寸約為200納米，其表面覆蓋著薄的石墨烯層。經過80 MPa，600 ºC下熱壓0.5小時後，PbTe的顆粒尺寸仍保持在200納米左右。和石墨烯複合後，產物的電導率上升，總熱導率和晶格熱導率均下降，熱電優值可達到約0.5。用溶劑熱法製備了納米尺寸的Bi2Te3薄片，研究表明，當NaOH濃度為0.2 M，反應溫度和時間分別為180 °C 和 36小時，表面活性劑為PVP時，可以得到尺寸均勻，具有完整六邊形結構的二維Bi2Te3薄片，該薄片的厚度為40−60納米。相對於熔煉產物，納米結構的溶劑熱產物的熱導顯著降低，這是眾多晶界對聲子散射的結果。在製備納米Bi2Te3基礎上，用溶劑熱法製備了Bi2Te3/石墨烯納米複合材料。用一種綠色方法來將氧化石墨還原成rGO，將兩種中藥菊粉和枸杞配成溶液作為還原劑，在水熱條件下將氧化石墨還原，得到了N,S雙摻雜的還原氧化石墨。研究了摻雜和填充對CoSb3熱電性能的影響，結果表明，Fe摻雜和Pr，Nd雙填充可將CoSb3的ZT值提高到。用懸浮熔煉法製備了FeVSb基熱電材料，通過改變孔隙率，Co摻雜，點缺陷和晶界的最佳化來提高熱電性能。在研究熱電性能的基礎上，將石墨烯基納米複合材料用於其他能量存儲和轉換領域，如鋰離子電池，鋰空電池，鈉離子電池等。研究發現，石墨烯的引入同樣能提高其他能量存儲和轉換性能。
