退火对高压烧结Gd掺杂Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)纳米晶热电性能的影响

以Bi粉、Te粉、Se粉、Sb I3粉、Gd粉为原料,用高压烧结法制备了Gd掺杂的n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料,对制备的样品分别在573、603、633 K真空退火36 h。用粉末XRD和FE-SEM研究了样品的物相及显微形貌;在298~473K范围内测定了样品的热电性能。建立了Bi2Te3基材料的禁带宽度与压力和体积的近似关系式,利用此关系式较好解释了高压烧结样品在退火前后热电性能的变化特性。研究结果表明制备的样品在退火前后均为纳米结构。高压烧结和Gd掺杂使样品晶胞尺寸变大,禁带宽度减小。退火使高压烧结样品的电导率提高,塞贝克系数增大,热导率降低。样品于633 K退火36 h后具有较好的热电性能,在423 K时其ZT达到最大值为0.74。     

微波辅助湿化学法制备纳米Bi2Te3／Bi2Se3

热电材料又称温差电材料，是一种将热能和电能直接转换的功能材料，它在热电发电和制冷、恒温控制与温度测量等领域有着极为重要的应用前景。将纳米技术应用于热电材料，可以大大地提高其热电性能。本文通过改进传统湿化学方法来制备具有纳米结构的Bi2Te3／Bi2Se3热电粉末材料。微波因其独特的热效应和非热效应早就在无机合成领域起着非常重要的作用。溶液体系在微波中反应十分迅速，能大大缩短许多反应的反应时间，提高反应效率：微波加热十分均匀，能够消除温度梯度的影响，同时有可能使沉淀相在瞬间内萌发形核，获得均匀尺寸的超细粉体。所以利用微波辅助湿化学的方法制备纳米Bi2Te3/Bi2Se3系热电粉末材料就成为一个十分吸引人的方向。本文通过对家用微波炉的改造，采用湿化学的方法，基于实验，力求探寻出制备纳米Bi2Te3／Bi2Se3系热电粉末材料的实施方法。     

微波辅助湿化学法制备纳米Bi2Te3／Bi2Se3

热电材料又称温差电材料，是一种将热能和电能直接转换的功能材料，它在热电发电和制冷、恒温控制与温度测量等领域有着极为重要的应用前景。将纳米技术应用于热电材料，可以大大地提高其热电性能。本文通过改进传统湿化学方法来制备具有纳米结构的Bi2Te3／Bi2Se3热电粉末材料。微波因其独特的热效应和非热效应早就在无机合成领域起着非常重要的作用。溶液体系在微波中反应十分迅速，能大大缩短许多反应的反应时间，提高反应效率：微波加热十分均匀，能够消除温度梯度的影响，同时有可能使沉淀相在瞬间内萌发形核，获得均匀尺寸的超细粉体。所以利用微波辅助湿化学的方法制备纳米Bi2Te3／Bi2Se3系热电粉末材料就成为一个十分吸引人的方向。本文通过对家用微波炉的改造，采用湿化学的方法，基于实验，力求探寻出制备纳米Bi2Te3／Bi2Se3系热电粉末材料的实施方法。     

Ga、K双掺杂对N型Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)材料热电性能的影响

采用真空熔炼及热压方法制备了Ga和K双掺杂N型Bi2Te2.7Se0.3热电材料。XRD分析结果表明,Ga和K已经完全固溶到Bi2Te2.7Se0.3晶体结构中,形成了单相固溶体合金。SEM分析表明,材料组织致密且有层状结构特征。通过Ga和K部分替代Bi,在300~500 K的大部分温度范围内,Ga和K双掺杂对提高Bi2Te2.7Se0.3的Seebeck系数产生了积极的作用,同时双掺杂样品的电导率也得到明显的提高。Ga和K双掺杂样品的热导率都大于未掺杂的Bi2Te2.7Se0.3,Ga0.02Bi1.94K0.04Te2.7Se0.3合金在500 K获得ZT最大值为1.05。     

Ga、K双掺杂P型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3材料的制备及热电性能

采用真空熔炼和热压方法制备了Ga和K双掺杂Bi0.5Sb1.5Te3热电材料。XRD结果表明,Ga0.02Bi0.5Sb1.48-x Kx Te3块体材料的XRD图谱与Bi0.5Sb1.5Te3的XRD图谱对应一致,但双掺杂样品的衍射峰略微向左偏移。热压块体材料中存在明显的(00l)晶面择优取向。SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。Ga和K双掺杂可使Bi0.5Sb1.5Te3在室温附近的Seebeck系数有一定的提高,而双掺杂样品的电导率均得到了不同程度的提高,其中Ga0.02Bi0.5Sb1.42K0.06Te3样品的电导率得到较明显的改善。在300~500 K测量温度范围内,所有双掺杂样品的热导率高于Bi0.5Sb1.5Te3的热导率,在300 K附近双掺杂样品的ZT值得到提高,其中Ga0.02Bi0.5Sb1.42K0.06Te3样品在300 K时ZT值达到1.5。     

Bi_2Te_3和Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3的机械合金化法制备及其热电性能

用机械合金法制备了Bi2 Te3和Bi0 .5Sb1 .5Te3两种热电材料。XRD分析表明两种材料分别在球磨 1 75h和 31 5h后完全合金化。机械合金化合金粉末冷压后在不同温度烧结并测量了热电性能 ,其中Bi0 .5Sb1 .5Te3材料480℃烧结样的最高Seebeck系数约为 2 0 0 μV/K。     

溶剂热合成Bi2Te3基合金的结构与电学性能

用溶剂热法合成了二元Bi2Te3和三元Bi1.3Sn0.7Te3合金纳米粉末,并采用热压技术制备了块状热电材料.XRD分析结果表明:Bi-Sn-Te三元固溶体合金可以直接通过溶剂热合成获得单相产物,而非掺杂Bi2Te3合金需要通过热压等后热处理来实现产物的单一化;热压过程有助于促进反应的完全和晶型的完整,但会导致晶粒的长大.对试样电导率σ和Seebeck系数α的测量结果显示,Bi-Sn-Te三元固溶体合金比二元Bi-Te合金具有更好的电学性能.     

AgI掺杂量对n型Bi2Te2.85Se0.15材料热电性能的影响

采用机械合金化(MA)结合热压烧结(HP)技术制备了n型Bi2 Te2.85Se0.15热电材料,在常温下测量了电阻率(ρ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)等热电性能参数,考察了掺杂剂AgI的含量(质量百分比分别为0,0.1,0.2,0.3和0.4％)对材料热电性能的影响.结果表明:试样的电阻率和塞贝克系数的绝对值均随AgI掺杂量的提高而增大,热导率则随AgI掺杂量的提高而大幅降低,在AgI掺杂量为0.2％(质量)时有最大热电优值,为2.0×10-3/K.     

真空熔炼及热压烧结制备Bi2Te2.7Se0.3热电材料的微结构研究

采用真空熔炼制备了三元Bi2Te2.7Se0.3合金材料,再利用热压烧结法烧结成型,用XRD和SEM对材料物相成分和形貌进行了表征。结果表明,Bi、Te、Se单质粉末经真空熔炼形成了单相Bi2Te2.7Se0.3合金,热压烧结过程中未发生相变反应,热压烧结后仍为单相Bi2Te2.7Se0.3;热压烧结后热电材料在微观结构上存在各向异性,沿垂直于压力方向产生优化取向,沿(0001)面的解理断裂局限在单颗晶粒的尺寸范围,这预示着能够在增强材料力学性能的同时提高热电性能。     

热电材料

层状Bi、Pb硫族化合物基热电材料俄罗斯巴依柯夫冶金与材料研究院BC3EMCKOB等人研究了Pb,Bi/／Se,Te三元系合金的X-射线衍射结构、金相结构及热电性能。     

定向生长Bi2Te3-Sb2Te3三元合金热电材料的组织与性能

利用Bridgman定向凝固法,在大凝固速率范围内5～1000μm/s制备出Bi2Te3-Sb2Te3三元合金块体热电材料,并对其凝固组织和不同凝固速率下合金的热电性能进行研究。结果表明:高温度梯度和大凝固速率范围内制备的25%Bi2Te3-75%Sb2Te3合金定向凝固组织由Bi0.5Sb1.5Te3单相组织组成;在较低凝固速率5μm/s下,熔体生长平界面失稳形成胞状组织,而随定向凝固速率的增加,胞状组织减少,组织细化。不同定向凝固速率下25%Bi2Te3-75%Sb2Te3合金的Seebeck系数和电阻率随着凝固速率的增加而增大。50μm/s下300～450K范围内获得功率因子(PF)在4.6×10-3～5.01×10-3W/(K2.m),并在350K时PF值达到最大值5.01×10-3W/(K2.m);而在高凝固速率500μm/s下,其功率因子也可达4.5×10-3W/(K2.m),表明高温度梯度和大凝固速率制备热电材料是一种有效的制备工艺方法。     

n 型 Bi-Te-Se 温差电材料溶液体系的电沉积过程研究

目的研究硫酸体系中元素铋、碲和硒的电沉积行为,为电沉积制备n型Bi2Te3-ySey温差电材料提供理论参考。方法采用电化学循环伏安测试技术,对硫酸溶液体系中铋、碲、硒三种元素的电沉积及不同元素间的共沉积过程进行研究。结果纯铋硫酸溶液体系中,Bi3+还原成单质铋的电化学反应是分步进行的,游离态和络合态的铋离子先后发生还原反应。纯碲硫酸溶液体系中,HTe O2+以吸附态和游离态两种形式先后发生还原反应。纯硒硫酸溶液体系中,溶液中的H2Se O3也通过分步还原反应生成硒单质。在Bi-Te-Se三元硫酸溶液体系中,Bi3+的浓度和基材对电沉积过程有显著影响,Bi-Te-Se化合物对电沉积过程具有促进作用。结论在Bi-Te-Se三元硫酸溶液体系中,Se,Te和Bi元素可依次在阴极表面发生还原反应而实现共沉积,从而制备出n型Bi-Te-Se温差电材料。     

Bi2-xSbxTe3热电薄膜的电化学沉积及表征

采用电化学沉积法,在ITO导电玻璃及钛片上沉积Bi2-xSbxTe3热电薄膜。采用循环伏安、SEM、XRD、EDX等技术分别对电化学沉积过程和薄膜的形貌、相结构、组成进行研究,并对其室温时的热电性能进行测试。结果表明,在含有Bi3＋、HTeO2+和SbO+的硝酸溶液中,采用控电位沉积模式,可以实现铋、锑、碲三元共沉积,得到Bi2-xSbxTe3薄膜。薄膜热处理前用冷等静压处理可以提高薄膜的密实度和平整度,并有利于热电性能的提高。     

Electric and mechanical performances of Bi0.5Sb1.5Te3 prepared by spark plasma sintering

Thermoelectric (TE) materials are a kind of functional materials which can be used to convert directly heat energy to electricity or reversely.The thermoelectric effects hold great potential for application in power generation and refrigeration.Bi2Te3 and its alloys are well known as best TE materials currently available near room temperature.This paper studies respectively the effects of spark plasma sintering (SPS) on electric performance of Bi0.5Sb1.5Te3 thermoelectric materials that are prepared through vacuum melting and ball milling.Through X-ray Diffraction and cold field emission scanning electric microscope s4800, the phase constituent and microstructure of the TE materials samples were analyzed.Electric conductivity and power factor can be improved with the rise of Spark Plasma Sintering temperature (from 300 to 500 ℃) and pressure(from 30 to 60 MPa), and the density and mechanical strength of Bi0.5Sb1.5Te3 thermoelectric material increase, too.     

Effects of hot pressing on electric performances of Bi0.5Sb1.5Te3

The effects of hot pressing on electric performance and mechanical strength of Bi0.5Sb1.5Te3 thermoelectric material prepared through vacuum melting and milling were studied. The phase constituent and microstructure were analyzed by X-ray Diffraction and cold field emission Scanning Electric Microscope. Aeolotropisms of the material on microstructure and electric performances are approved. With the rise of hot pressing temperature (from 300-500 ℃) and pressure (30-70 Mpa), electric conductivity and power factor are improved. Moreover, Bi0.5Sb1.5Te3 material can gain ideal thermoelectric performances and increased mechanical strength by hot pressing.     

添加Sb的Ga2Te3合金热电性能

本研究采用等摩尔分数的Sb元素替换Ga2Te3中的Ga元素,并利用放电等离子烧结技术制备Ga1.9Sb0.1Te3合金,研究其微观结构和热电性能。结果表明,添加Sb元素后,材料的Seebeck系数为130～240μV/K,明显低于单晶Ga2Te3,电导率为3600～1740??1·m?1,至少是单晶Ga2Te3的17倍,热导率提高近25%。在649K时Ga1.9Sb0.1Te3合金的热电优值(ZT)达到最大值0.1,是同温度下单晶Ga2Te3ZT值的3倍。     

SPS法制备的三元合金Ag0.405Sb0.532Te的热电性能

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了三元合金Ag0.405Sb0.532Te,并研究了它的输运性能,即Seebeck系数、电导率和热导率。结果表明,当温度从316K上升到548K时,电导率从7.6×104S·m-1下降到6.6×104S·m-1。在438K以上,热导率随温度上升逐渐增加,低于438K时,热导率趋于稳定,约为0.86W·(K·m)-1。无量纲热电优值ZT在548K时取得最大值0.65,稍高于Ag0.365Sb0.558Te三元合金的0.61。与掺Ag的AgxBi0.5Sb1.5-xTe3(x=0～0.4)合金相比,热电性能得到了改善。并再次讨论了AgxBi0.5Sb1.5-xTe3合金中析出的第二相Ag-Sb-Te三元合金的作用机制。