《n型Bi-Te-Se材料的納米合成及低溫熱電性能研究》是依託杭州電子科技大學，由曹一琦擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：n型Bi-Te-Se材料的納米合成及低溫熱電性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：曹一琦
- 依託單位：杭州電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本申請項目將採用溶劑熱法直接合成n型Bi-Te-Se三元熱電納米粉末，與二元複合材料相比，Bi-Te-Se三元材料在後續的熱壓成型過程中避免了複合不均、二次污染等問題；溶劑熱方法較能有效合成尺寸較小的納米粉末，尤其是具有特殊結構的納米形貌還能夠抑制其在熱壓成型過程中的晶粒長大，保證了塊體材料的晶粒具有納米尺寸，而在低溫下納米效應對聲子散射作用更為明顯，從而使得n型Bi-Te-Se基塊體材料的低溫熱電性能得到提高。通過本項目的實施，將揭示反應溫度、時間、前驅體以及溶劑等反應參數對合成n型Bi-Te-Se基納米材料微觀形態的影響規律；揭示熱壓溫度、時間等對Bi-Te-Se基塊體材料微觀形態形成的演變規律；以及Bi-Te-Se基塊體材料的晶粒尺寸和晶界等微結構的變化對其低溫熱電輸運特性的影響規律。在揭示上述規律的基礎上，通過對n型Bi-Te-Se基納米材料的最佳化設計來實現其低溫熱電性能的提高。
結題摘要
熱電材料是一種能夠實現電能與熱能之間直接轉換的功能材料，其提供了一種安全可靠、全固態的發電和製冷方式，具有廣泛的套用前景。Bi2Te3基化合物是室溫下性能最好的熱電材料之一，經過幾十年的研究，塊體Bi2Te3基材料的最高熱電優值ZT徘徊在1左右。隨著納米技術的興起，近年來有關低維材料中取得高熱電優值的報導不斷出現。將材料的晶粒細化到納米級別，可以增加對載流子和聲子的散射，從而提高Seebeck係數，降低熱導率，最後提高材料的熱電性能。 分別用低溫濕化學法和水熱法在70 °C和180 °C的溫度下合成納米的Bi2Te3和Sb2Te3顆粒。真空熱壓燒結不同比例複合的Bi2Te3 / Sb2Te3塊體材料，Bi2Te3和Sb2Te3按1：1複合的材料具有相對較高的Seebeck係數和電導率，其ZT值在450 K的時候達到1.47左右。通過Sn摻雜有效提高了材料的電導率，2 % Sn摻雜的試樣在500 K左右的時候，ZT值達到最大1.4。 採用固相反應法合成Bi2-xSbxTe3 (x = 0.1,0.2,0.3,0.4)，熱壓燒結後測量其低溫熱電性能。在4 K-300 K的測量溫度範圍內，樣品的塞貝克係數、電阻率和熱導率都隨著溫度的升高而增加。x = 0.4的材料具有相對較低的電阻率和熱導率，其ZT值在270 K左右達到了最大值0.6。 採用固相反應法合成Bi2Te3-xSex(x = 0.3,0.4)系列樣品，熱壓燒結後測量其低溫熱電性能。在4 K-300 K的測量溫度範圍內，樣品具有較高的電阻率和熱導率，以及較低的塞貝克係數，表現出較差的熱電性能。樣品Bi2Te3-xSex(x = 0.3)的ZT值在175 K左右達到最大值0.048，而Bi2Te3-xSex(x = 0.4)的ZT值在160 K左右達到最大值0.024。
