闪蒸法制备N型Bi2( Te0.95Se0.05)3薄膜的微结构及热电性能研究

采用闪蒸法在温度为473 K的玻璃基体上沉积了厚度为800 nm的N型Bi2(Te0.95Se0.05)3热电薄膜,并在373 ～573 K进行1h的真空退火处理.利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)分别对薄膜的物相结构和表面形貌进行分析.采用表面粗糙度测量仪测定薄膜厚度,薄膜的电阻率采用四探针法进行测量,采用温差电动势法在室温下对薄膜的Seebeck系数进行表征.沉积态薄膜表明了(015)衍射峰为最强峰,退火处理后最强衍射峰为(006);沉积态薄膜由许多纳米晶粒组成,晶粒大小分布较均匀,平均晶粒尺寸大约45 nm,退火处理后出现了斜方六面体的片状晶体结构.退火温度从373 K增加到473 K,薄膜的电阻率和Seebeck系数增加,激活能也随退火温度的增加而增大,退火温度从523 K增加到573 K,薄膜的电阻率和Seebeck系数都缓慢下降.从373 ～473 K,热电功率因子随退火温度的升高而单调增加,退火温度为473 K时,电阻率和Seebeck系数分别是2.7 mΩ.cm和-180μV·K-1,热电功率因子最大值为12 μW.cmK-2.退火温度从523 K增加到573 K,热电功率因子的值逐渐下降.     

真空电弧等离子体合成(BixSb1-x)2Te3纳米粉末材料

以单质Bi,Sb和Te粉末为原材料,通过真空电弧等离子体蒸发法合成了(Bi<,x>Sb<,1-x>)<,2>Te<,3>热电粉末材料.采用X射线衍射(XRD)、能谱分析(EDS),场发射扫描电子显微术(FE-SEM),透射电子显微术(TEM)和选区电子衍射(SAED)分析方法对(Bi<,x>Sb<,1-x>)<,2>Te<,3>粉末材料的物相结构、成分和形貌进行了表征.XRD图谱的3强衍射峰分别为(015),(1010)和(110),(Bi<,x>Sb<,1-x>)<,2>Te<,3>纳米粉末的XRD图谱与标准XPD图谱峰(49-1713)相对应,宽化的衍射峰表明了粉末的晶粒具有纳米尺度.能谱定量分析表明Bi和Sb的原子百分比分别为18.1%,20.3%,两者原子百分比之和为38.4%,Te的原子百分比是61.6%.场发射扫描电子显微分析表明纳米粉末颗粒尺寸比较均匀,粉末存在团聚现象,大多数粉末都呈椭球形.透射电子显微分析表明(Bi<,x>Sb<,1-x>)<,2>Te<,3>纳米粉末的平均粒径约为50 mm,粉末呈不规则的多面体结构,还有一些薄片状和棒状的结构,这与Bi<,2>Te<,3>基半导体化合物的高度各向异性是一致的.(Bi<,x>Sb<,1-x>)<,2>Te<,3>纳米粉末的选区电子衍射图表明每一个颗粒是由许多小晶核组成的,证明了颗粒是以纳米尺度生长.由于晶粒取向随机,且晶粒细小引起有许多衍射斑组成的衍射环的宽化,揭示了(Bi<,x>Sb<,1-x>)<,2>Te<,3>纳米粉末的多晶结构.     

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.     

Sb2Se3热电材料的真空熔炼合成及微结构研究

采用石英管真空封装高纯度的Sb、Se粉末,在800℃下熔炼12 h,冷却后制成Sb2Se3粉末,在真空下进行热压烧结(470℃,60 MPa)并保温0.5 h,成功制备出Sb2Se3块体材料。运用XRD,SEM和EDS方法对材料的物相、成分和形貌进行了表征。结果表明,真空熔炼合成粉末和热压烧结块体材料的XRD图谱峰与Sb2Se3的标准衍射图谱(01-072-1184)相对应。Sb2Se3热压块体材料在平行于热压方向的断面上分布着大量的层片状结构,但少量片状结构变得粗大,层片状结构厚度约在1μm以下,并沿某一方向择优生长;垂直于热压方向的断面上微观形貌主要是层片状结构,并出现少量近似球形的结构,层片状结构短而薄,部分变得粗大,晶粒结构不均匀。热压烧结块体材料中Sb和Se的原子分数分别为40.68%,59.32%,接近2∶3。     

Skutterudite热电材料的最新研究进展

首先介绍了填充式Skutterudite热电材料在成分优化方面的研究进展,再从组织结构优化以及合成低维Skutterudite材料等几个方面探讨了近年来Skutterudite类热电材料的研究状况和最新进展.     

膜厚对N型Bi_2Te_(2.85)Se_(0.15)薄膜热电性能的影响

采用瞬间蒸发技术沉积了N型Bi2Te2.85Se0.15热电薄膜,沉积的薄膜厚度在50~400nm范围之间,并在473K进行1小时的真空退火处理。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和能量散射谱(EDS)分别对薄膜的物相结构、表面形貌以及化学计量比进行表征。XRD分析结果显示,薄膜的主要衍射峰与Bi2Te3和Bi2Se3的标准衍射峰一致,沉积薄膜的最强衍射峰为(015),退火后,薄膜的最强衍射峰是(006)。采用表面粗糙度测量仪测定薄膜厚度,薄膜的电阻率采用四探针法在室温下进行测量,在室温下对薄膜的Seebeck系数进行表征。测试结果表明,薄膜为N型传导特性。并考察了薄膜厚度对电阻率及Seebeck系数的影响。     

Na和Al双掺杂P型Bi0.5Sb1.5Te3热电材料的制备及性能研究

采用真空熔炼及热压烧结技术制备了Na和Al双掺杂P型Bi0.5Sb1.5Te3热电材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相结构和表面形貌进行了表征。XRD分析结果表明,Na0.04Bi0.5Sb1.46-x Al x Te3块体材料的XRD图谱与块体材料Bi0.5Sb1.5Te3的图谱完全对应,所有块体材料的衍射峰均与衍射卡JCPDS 49-1713对应,这表明Na和Al元素已经完全固溶到Bi0.5Sb1.5Te3晶体结构中,形成了单相固溶体合金。SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。Na和Al双掺杂提高了Bi0.5Sb1.5Te3在室温附近的Seebeck系数。在Na掺杂量为0.04时,同时Al掺杂量由x=0.04增加至0.12,电导率逐渐降低,在实验掺杂浓度范围内,Na和Al双掺杂会使P型Bi0.5Sb1.5Te3材料的电导率受到较大的损失。在300~500 K时,通过Na和Al部分替代Sb,Na0.04Bi0.5Sb1.42Al0.04Te3和Na0.04Bi0.5Sb1.38Al0.08Te3样品的热导率均有不同程度地减小,在300K时双掺杂样品Na0.04Bi0.5Sb1.42Al0.04Te3的最大ZT值达到1.45。     

La填充Ni置换n型Skutterudite热电材料的制备及性能

起始原料使用La、Co、Ni和Sb元素粉末,采用机械合金化(MA)和热压烧结(HP)的方法制备了名义成分为LaxNi0.2Co3.8Sb12(x=0.1,0.3,0.5,0.7)n型填充Skutterudite化合物热电材料,研究了不同La含量对MA-HP成型后的相组成及热电性能的影响.研究结果表明,机械合金化10h后的粉末,在650℃热压2h后可得到单相Skutterudite结构化合物;随着La填充分数的增加,晶格常数增大;通过向Skutterudite结构的空隙中填充稀土La原子,能大幅度降低热导率;热电性能研究表明,La0.5Ni0.2Co3.8Sb12在750K左右能得到最大的ZT值0.33.     

湿化学方法制备纳米Bi2Te3系热电材料的研究进展

热电材料因自身的优点而受到人们的广泛重视,但热电性能普遍不高成为制约其进一步应用的关键.随着热电理论和纳米技术的不断发展,纳米热电材料的研究成为近年来热电领域的一大热点.在分析介绍国内外湿化学方法制备纳米Bi2Te3系热电材料研究现状的基础上,指出了各种方法的优缺点,并展望了纳米热电材料的制备及其应用发展趋势.     

K、Al共掺杂Bi_2 Te_(2.7) Se_(0.3)热电材料的制备及性能研究

采用真空熔炼和热压烧结技术制备了K和Al共掺杂Bi2Te2.7Se0.3热电材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相结构和表面形貌进行了表征。XRD分析结果表明,K0.04Bi1.96-x Al x Te2.7Se0.3块体材料的XRD图谱与Bi2Te2.7Se0.3的XRD图谱对应一致,SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。K0.04Bi1.92-Al0.04Te2.7Se0.3合金提高了材料的Seebeck系数,K0.04Bi1.88Al0.08Te2.7Se0.3和K0.04Bi1.84Al0.12Te2.7Se0.3大幅度提高了材料的电导率,通过K和Al部分替代Bi,使材料的热导率有不同程度的减小,在300~500 K温度范围内,K和Al共掺杂均较大幅度地提高了Bi2Te2.7Se0.3的热电优值。