湿化学法制备纳米Bi2Te3基热电材料的研究进展

Bi2Te3基热电材料是室温下性能最好的热电材料。传统块体Bi2Te。基热电材料的热电性能不高,而纳米Bi2Tes基热电材料可以实现电、声输运特性的协同控制,从而提高材料的热电性能。介绍了几种纳米Bi2Te3。基热电材料不同的湿化学制备方法,比较了各种方法的优缺点,并展望了其发展方向。     

Bi2Te3基热电薄膜材料的制备方法研究

Bi2Te3基热电材料由于在微电子、光电子等高技术领域具有潜在的应用前景,从而得到了人们的广泛关注.低维Bi2Te3基热电材料由于具有特殊的量子限制效应,已成为提高热电性能的有效途径.近年来,研究者非常重视Bi2Te3基热电薄膜的制备及性能研究,并做了大量相关的研究工作,许多制备方法也相继出现,并获得了高质量的Bi2Te3基热电薄膜.     

湿化学法在纳米热电材料制备及其微观形貌控制中的应用

热电材料是一种具有特殊意义的功能材料,它可以实现热能和电能的直接转换,因此对解决当前能源危机开辟了新的途径.综述了目前常用的制备纳米热电材料的湿化学方法,介绍了各种方法在热电材料形貌控制方面取得的进展,探讨了湿化学法中溶剂和表面活性剂对控制材料微观形貌方面的影响,在此基础上对湿化学方法制备纳米热电材料今后的研究方向进行了探讨.     

纳米结构Bi2Te3基热电材料的溶剂热合成

本文评述了近年来溶剂热合成纳米结构Bi2Te3的研究进展，重点讨论了合成过程中的化学反应和晶体生长机制，特别是Bi2Te3纳米管的合成、形成机制和组织结构特征．介绍了含纳米结构Bi2Te3的Bi2Te3基同质纳米复合结构热电材料，其热电优值ZT达到1．25，远高于基体材料，也超过目前的块状先进Bi2Te3基热电材料．     

Bi2Te3基热电材料的研究现状及发展

热电材料是能将热能和电能直接相互转化的功能材料,它的出现为解决能源紧缺和环境污染提供了广阔的应用前景.从理论和实验两个方面对Bi2Te3基热电材料近年来国内外的研究现状及发展进行了简要介绍和评述,并指出了今后的发展方向.在理论上主要基于能带理论、半导体超晶格以及密度泛函理论去寻求影响该材料的相关因子,在实验上主要采用分子束外延、激光脉冲沉积、合金化和水热合成法等方法制备该热电材料.     

低维纳米热电材料研究进展

低维纳米热电材料具有优良的热电性能,近年来受到大量研究者的喜爱。本文讨论低维纳米热电材料的机理,综述了零维纳米热电材料、一维纳米热电材料、二维纳米热电材料的最新研究进展,为低维纳米热电材料的进一步深入研究做了初步的总结和预测。     

射频磁控溅射制备Bi2Te3热电薄膜

通过射频磁控溅射，在溅射气体为Ar，气压为1Pa，溅射功率为120W时分别在聚氨酯和玻璃基底上沉积了不同厚度的Bi2Te3薄膜。Bi2Te3薄膜主要是以（221）晶面平行于基底进行外延生长，先在基底形成大量微小晶粒，合并长大成典型的纤维状组织结构。在此条件下薄膜生长速率为26nm/min，通过控制溅射时间可沉积几纳米到几微米不同厚度的薄膜。得到的p-型半导体Bi2Te3薄膜，其电阻率随薄膜厚度的增大而减小。     

纳米超晶格热电材料的研究进展

随着热电材料制备技术和性能研究的发展，纳米超晶格热电薄膜已受到人们的关注，简要介绍了有关纳米超晶格热电材料的结构、热电机理及制作技术，并指出了存在的问题和可能的发展方向。     

球磨时间对P型Bi2Te3基热电材料性能的影响

采用区熔法和机械球磨（MM）与放电等离子烧结（SPS）技术相结合制备P型Bi2Te3基热电材料。在300-423K的温度范围内测试了样品的电导率、Seebeck系数和热导率。系统研究了球磨时间对合金化与热电性能的影响。球磨10h的样品在室温时具有最低的热导率，因此其热电优值高于其它样品，在室温时达到最大值0．995。     

块体Bi2Te3基热电材料性能优化及最新进展

在分析块体Bi2Te3基热电材料性能优化设计思路的基础上,重点探讨了成分优化、结构优化、合成优化及成型优化中提高块体Bi2Te3基热电材料性能的方法。提出了一套值得探讨的优化设计方案,展望了Bi2Te3基热电材料在温差发电和半导体制冷领域颇具潜力的应用前景。     

电化学制备Bi2Te3纳米线用于微型温差发电器

借助于电化学沉积的方法,在氧化铝纳米孔内生长Bi2Te3材料,从而形成温差电纳米线阵列．利用SEM,XRD and TEM分析手段对制备的纳米线形貌和结构进行了分析,测量了纳米线的组成和温差电性能．p型和n型Bi2Te3纳米线材料的Seebeck系数经过测量分别为260μV／K和-188μV／K（307K）,比同类的块状温差电材料性能高．同时研究了沉积电位对氧化铝模板中纳米孔的填充率的影响,并对纳米线阵列的电阻进行了测量．尝试了利用n型和P型Bi2Te3纳米线阵列制备一种新型的微型温差发电器．     

热塑形方法制备N型Bi2Te3材料

本文介绍了采用热塑形方法制备N型Bi2Te3温差电材料.并且给出了所获得样品的密度、抗弯强度、SEM以及温差电性能(包括电导率和塞贝克系数)的测试结果.实验结果表明,在最佳的热塑形工艺下制备的样品的功率因子与区熔材料相当,但其机械强度要明显优于区熔材料.热压塑形样品在垂直于塑形压力的方向上具有良好的取向,并且样品在此方向上的功率因子远远大于其在平行压力方向上的功率因子值.     

放电等离子烧结制备的Bi2Te3／Sb2Te3复合材料的热电性能

研究了用低温湿化学法和水热法制备纳米级的Bi2Te3和sb挪e3颗粒，并通过透射电镜观察其微观形貌。Bi2Te3粉末的微观形貌为直径在30-50n之间的片状小颗粒，而sb2Te3颗粒的微观形貌为薄带状，直径约为70nm，长度则为从150-300nm不等，并对其晶体的形核和长大机理进行了讨论。认为，纳米小颗粒状的Bi2Te3晶体可能是通过“表面形核和侧向生长”形成的产物，而薄带状的sb2Te3晶体可能是在Te块解体形成的条带状碎屑基础上形成的。用放电等离子烧结法（spark plasma sintering）制备不同比例的Bi2Te3／Sb2Te3块状复合材料，测量并比较了其热电性能。通过改变Bi2Te3的量，可以提高复合材料的电性能。成分不同的层片间的散射，能更有效地降低块体材料的热导率。在500K的温度下，Bi2Te3和sb2Te3以摩尔比为1：1复合烧结的试样的热导率低达0．7W／（m·K）。进一步优化Bi2Te3和sb2Te3的复合比例，其热电性能可能会有进一步的提高。     

Bi2Te3基可穿戴温差发电器件的制备及性能

利用人体体温发电的热电器件因其结构简单、可靠性高,有望为可穿戴电子产品等低功耗设备提供免维护、长期稳定的能源。以高性能无机块体热电材料和低热导环氧树脂/玻璃微珠复合粘结剂作为原料,采用切割粘结法和磁控溅射/电化学镀铜技术,制备了热电臂高度不同的48对温差发电器件。由于该技术不需使用陶瓷覆铜板,在给定的器件厚度条件下,可提高热电臂高度。性能表征结果显示,在实际穿戴条件下,随热电臂高度的增加,器件的输出功率密度持续增加。在相当于一级风的空气对流条件下或正常行走状态下,热电臂高度为3.14mm的器件输出功率密度超过40μW/cm²。     

Bi_2Te_3柔性热电薄膜发电器件

在几种形状不同的柔性电路板上磁控溅射Bi_2Te_3薄膜,温差测试之后进行结构的优化设计。在给予一定温差条件下,测量优化设计后的柔性热电薄膜在退火前后的输出电压和电阻率,并提出了改进措施。研究表明:优化后的柔性热电薄膜相较之前有很大的改善;柔性热电薄膜输出的电压与提供的温差近似呈线性关系;在温差为200K时,输出电压为310mV,电阻率为0.792mΩ·cm;200℃/h真空退火后,输出电压增大到368mV,电阻率也同时增大,达到0.869mΩ·cm。     

超声波-水热法合成Bi2Te3纳米管

以水为反应介质，NaBH4为还原剂，合成了BizTe3纳米管及纳米微粒。溶液首先在超声波发生器中预处理1h，然后置于150℃，水热反应釜中继续反应48h。XRD分析表明：合成产物主要物相为Bi2Te3；SEM观察可见产物中有纳米管生成，纳米管直径约为50-100nm，管壁厚约8-10nm，长度在500nm以上。EDS分析表明：纳米管成份为Bi2Te3。Bi2Te3纳米管可能的生长机制为纳米薄片-卷曲-闭合-纳米管。     

Selective Dissolution-Derived Nanoporous Design of Impurity-Free Bi2Te3 Alloys with High Thermoelectric Performance

Thermoelectric technology, which has been receiving attention as a sustainable energy source, has limited applications because of its relatively low conversion efficiency. To broaden their application scope, thermoelectric materials require a high dimensionless figure of merit (ZT). Porous structuring of a thermoelectric material is a promising approach to enhance ZT by reducing its thermal conductivity. However, nanopores do not form in thermoelectric materials in a straightforward manner; impurities are also likely to be present in thermoelectric materials. Here, a simple but effective way to synthesize impurity-free nanoporous Bi_0.4Sb_1.6Te₃ via the use of nanoporous raw powder, which is scalably formed by the selective dissolution of KCl after collision between Bi_0.4Sb_1.6Te₃ and KCl powders, is proposed. This approach creates abundant nanopores, which effectively scatter phonons, thereby reducing the lattice thermal conductivity by 33% from 0.55 to 0.37 W m⁻¹ K⁻¹. Benefitting from the optimized porous structure, porous Bi_0.4Sb_1.6Te₃ achieves a high ZT of 1.41 in the temperature range of 333–373 K, and an excellent average ZT of 1.34 over a wide temperature range of 298–473 K. This study provides a facile and scalable method for developing high thermoelectric performance Bi₂Te₃-based alloys that can be further applied to other thermoelectric materials.