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。     

热压烧结制备Sb2Te3热电材料的微结构研究

采用石英管真空封装高纯度的Sb和Te粉末,在800℃熔炼12h,炉冷后研磨制备Sb2Te3粉末,真空热压烧结(480℃,20 MPa,保温1h),制备出Sb2Te3块体材料.用XRD、SEM和EDS对材料的物相、形貌和成分进行表征.XRD分析表明,真空熔炼合成粉末和热压烧结块体材料的XRD图谱峰与Sb2Te3的标准衍射图谱相对应.Sb2Te3热压块体材料在平行于热压方向的断面上分布有大量层片状结构,层片厚度均小于1μm,在层片状结构之间均匀分布着短的片状结构.与热压方向垂直的断面上也是层片状结构,层片状较短且分布较均匀,层片厚度大多在1μm左右.材料中Sb和Te的原子百分数分别为38.2％、61.8％,接近2∶3的原子百分比.     

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。     

真空熔炼及热压烧结制备Na掺杂Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料的微结构研究

采用真空熔炼/研磨技术制备NaxBi2-xTe2.7Se0.3(x=0,0.02,0.04,0.06)热电材料粉末,利用热压烧结法制备块体样品。通过XRD和SEM对该材料的物相成分和断面形貌进行表征。结果表明:在适当的范围内掺杂Na元素及真空熔炼和热压烧结均不会改变合金的物相,仍为单相Bi2Te2.7Se0.3合金。真空熔炼及热压烧结制备的NaxBi2-xTe2.7Se0.3块体热电材料呈具有一定取向的层状结构、少许的孔隙分布以及结构不均匀性等一系列特征;随Na掺入量的增加,取向程度增大,孔隙数量减少,结构均匀性提高。     

热压P型 Bi_2Te_3 基合金的结构演化和热电性能

以P型四元(Bi,Sb)_2(Te,Se)_3合金熔炼锭为原料,经过两次热压获得了结构致密和热电性能优异的热电材料,且与相同组分的粉末热压工艺制备的样品进行了对比。分别采用XRD和SEM对熔炼合金锭、一次和二次热压块体、粉末热压样品的物相、微观结构进行了分析,对材料室温热电性能进行了测试。结果表明:采用两次热压方法制备的样品相对密度升高、局部晶粒细化,其热电性能明显升高且优于同组分热压样品,在室温取得的热电性能优值Z为2.64×10~(-3)K~(-1)。     

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。     

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。     

Sb2Se3纳米线的水热合成和表征

分别以SbCl3和不同的硒源(SeO2、Se粉)为原料,采用水合肼(N2H4·H2O)为还原剂,用水热法在150 ℃下反应24 h后合成Sb2Se3纳米粉末。通过X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、场发射电子扫描电镜(FESEM)以及高分辨透射电镜等分析方法对产物的物相成分和形貌等进行表征。结果表明, 产物的结构为正交晶系的Sb2Se3纳米晶体,其微观形貌为一维纳米线结构。采用不同硒源合成产物的微观形貌基本相似,其中以SeO2作为硒源水热合成的Sb2Se3纳米线比以Se粉作为硒源合成的纳米线要更加窄而薄,而且纳米线尺寸比较均匀一致。纳米线晶体沿[001]方向生长,这与Sb2Se3独特的晶体结构有着密切的联系     

热压制备Al_xBi_(0.5)Sb_((1.5-x))Te_3热电材料的热电性能研究

采用真空熔炼和热压烧结技术制备了Al掺杂P型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3热电材料。样品的物相结构和形貌分别采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)进行表征。结果表明,Al_xBi_(0.5)Sb_((1.5-x))Te_3(x=0,0.04,0.08,0.12)块体材料的XRD图谱与Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3的XRD图谱对应一致。该复合材料的组织致密,且层状结构特征明显。Al部分替代Sb后,优化了载流子浓度,从而提高了材料的电导率。在室温附近所有掺杂样品的热导率都低于Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3样品的热导率,从而有效改善了材料的热电性能。其中,Al_xBi_(0.5)Sb_((1.5-x))Te_3(x=0.04)在室温附近表现了最低的热导率,320 K时获得最大ZT值(为1.0)。     

反应热压烧结Al4SiC4陶瓷的合成及力学性能

以铝粉、石墨粉和有机物聚碳硅烷(PCS)为原材料,采用预裂解及原位反应热压烧结的方法制备了Al4SiC4块体陶瓷.通过XRD,SEM,TEM及力学性能分析等测试手段对材料的结构及性能进行了分析研究.原料预裂解粉的XRD分析结果表明原料在预裂解后,反应产品主要为Al4C3和SiC的混合粉末.将预裂解后的Al4C3和SiC混合粉进行热压烧结,烧结产品经XRD分析表明最终物相主要为Al4SiC4相.Al4SiC4陶瓷的微观组织观察表明,Al4SiC4粒子形貌为板片状,在{0001}基面上分布有大量的层错.Al4SiC4陶瓷的室温弯曲强度随烧结温度的升高而增加,而断裂韧性则随烧结温度的升高而降低.