Pb掺杂对Bi0.5Sb1.5Te3热电材料性能的影响

采用真空熔炼、高能球磨、冷压成型和气氛烧结工艺制备了Pb掺杂的P型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3块体热电材料.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、热电参数测试系统(Namicro-3)、激光热导仪(LFA-467)和DSC等测试技术,研究了Pb掺杂对Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3热电材料的物相组成、表面形貌和热电性能的影响.结果表明:Pb掺杂能够抑制单质Te的析出及Pb原子取代Bi/Sb原子的位置,产生空穴,载流子浓度增大,电导率升高,Pb原子半径与Bi/Sb原子半径不同,增加晶格畸变,降低热导率,从而有效提高Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3热电材料的综合性能.在300K时,Pb_(0.003)Bi_(0.497)Sb_(1.5)Te_3的电导率为8.35×10~4 S/m,塞贝克系数为179μV/K,热导率为0.716 W/(m·K),热电优值达到1.122.     

Hf掺杂BiSbTe3结构与热电性能研究

以高纯Hf、Bi、Sb和Te为原料,在1 000℃下,经10 h氩气保护熔融状态下反应,冷却球磨制粉,再在氮气保护下进行热压(450℃,20 MPa),成功制备出一系列不同Hf掺杂量的Hf2x(Bi,Sb)2-2xTe3化合物.X射线粉末衍射Rietveld分析说明,Hf在结构中占据6c晶位,以替代(Bi,Sb)的形式进入晶格.Hf掺杂引起BiSbTe3的Seebeck系数增大,电导率降低.功率因子在375 K时达最大值526 μW/mK2.     

Bi2（Te1—xSex）3单晶的生长研究

本工作研究了Ｂｉ－Ｔｅ－Ｓｅ三元相在富Ｂｉ２Ｔｅ３区的相图。测定了Ｂｉ２Ｔｅ３和Ｂｉ２Ｓｅ３从５５０℃到它们的熔点范围内的等浓度线。用移动加热器法生长Ｂｉ２（Ｔｅ１－ｘＳｅｘ）３（ｘ＝０．０２５和ｘ＝０．０５）。用霍尔效应测定了这些化合物在富Ｔｅ区的固线，本研究表明，可再生法生长热力学定义的单晶是可能的。     

Bi2Te3纳米薄膜单轴拉伸的分子动力学模拟

Bi2Te3及其合金是目前室温附近发展最为成熟、性能最好的一类热电材料,在热电制冷及温差发电方面具有广阔的应用前景.具有纳米结构的Bi2Te3纳米薄膜材料是当前研究的热点,其力学性能是热电材料研究者较为关心的问题.依据Bi2Te3多体势函数利用分子动力学方法对Bi2Te3单晶块体沿c轴方向进行单轴拉伸模拟.拉伸之前对系统进行弛豫,考察了弛豫过程中系统能量、温度和初始应力的变化.根据原子构型发现在此方向上拉伸过程中薄膜沿着晶体中结合力较弱的Te1-Te1层断开.分析了拉伸过程中的应力-应变和能量变化曲线.模拟不同温度下的拉伸,研究了温度效应对其力学性能的影响.     

高压技术在热电材料研究中的应用

热电材料可实现热能和电能的直接相互转化,因而备受关注。近年来,随着热电材料研究的持续深入,其制备技术也有了长足发展。高压技术不仅在新材料合成中有着重要的地位,而且在材料显微组织和性能调控方面也作用明显,是发展高性能材料的重要途径。文章通过讨论高压技术在方钴矿、Bi₂Te₃基、PbTe基、Mg₂Si等类型热电材料合成与性能调控中的应用,展示了高压技术在热电材料研究中的独特优势,并指出高压技术为探索提高功率因子的有效途径提供了有力工具。     

Y~(3+)掺杂对CaMnO_3热电性能的影响

用固相反应法制备(Ca1-xYx)Mn O3(x分别为0、0.03、0.05、0.07、0.09 mol)热电材料,用自制设备测试样品的热电性能,研究Y3+掺杂对Ca Mn O3热电性能的影响。结果表明:Y3+掺杂可以有效地改善样品的热电性能,其中(Ca0.91Y0.09)Mn O3样品的热电性能较优;当高温端温度为880 K时,测得电阻率为74 mΩ·m,Seebeck系数为-112μV/K,输出功率达到68 m W。     

室温热电材料研究进展

热电材料可直接在电能与热能之间直接转换,其在室温附近的应用广受关注。材料性能可由与效率正相关的热电优值ZT衡量。高ZT值热电材料需同时具有较低的晶格热导率、恰当的载流子浓度、合适的能带结构和理想的微观组织。本文综述了Bi₂Te₃系、α-MgAgSb以及half-Heusler合金等几种高ZT值室温热电材料的最新研究进展,并就未来研究做出展望。Bi₂Te₃基材料是目前为止研究最为广泛的室温热电材料。Bi₂Te₃空间群为R3m,在c轴方向形成以共价结合的Te-Bi-Te-Bi-Te为重叠单元的层状结构,单元与单元之间以范德华力结合。这一晶体结构使得该材料禁带宽度为0.15 eV,价带顶或导带底为6重能谷,从而同时具备了较高的电导率和Seebeck系数。也由于该材料中包含了重元素和弱键合,其晶格热导率比较低。因此,以Bi₂Te₃为基础形成了性能较好的p型(Bi₂Te₃)-(Sb₂Te₃)和n型(Bi₂Te₃)-(Bi₂Se₃)赝二元体系。p型Bi₂Te₃基材料方面,受超晶格材料极低热导率(~0.22 Wm-1K-1)的启发,任志锋和陈刚联合课题组率先用简单的球磨加快速热压工艺在p型Bi_0.4Sb_1.6Te₃块体材料中获得了5~50 nm的晶粒,增强了声子散射,降低了晶格热导率,使ZT峰值达到了1.4。自此以后,多种引入纳米复合物以增强声子散射的研究得以开展。2015年,韩国Kim课题组甚至将Bi_0.5Sb_1.5Te₃晶格热导率降低到了0.33 Wm-1K-1,使该材料ZT峰值达到1.86,遗憾的是该结果未能被其他课题组重复。最近有研究表明,这一优异性能并非来源于Kim课题组所称的对中频声子的有效散射,而是忽略了各向异性导致的。另一个有趣的现象是性能优越的p型(Bi_1-xSb_x)₂Te₃材料通常在x=0.75附近出现。以前曾有人认为这是由于此时价带平坦化后有效质量增加的原因,但G. J. Snyder等认为这是由于x=0.75时,第一价带与第二价带重叠,从而增加了参与输运的能带数量输运导致的。数据表明,这一模型与实验结果更吻合。相对于Bi₂Te₃基p型(Bi₂Te₃)-(Sb₂Te₃)材料,n型(Bi₂Te₃)-(Bi₂Se₃)材料则性能略低(ZT~1.2)。这主要是因为:该类p型材料可通过调控晶格缺陷来调控载流子浓度,而n型则通常只能通过掺杂来调控;p型材料在Bi/Sb为0.5/1.5时声子散射最强烈,同时还发生能带聚集;p型材料中电导与热导各向同向,而n型则各向异性,使得组织结构纳米化对降低n型材料热导率效果甚微。α-MgAgSb是2014年才进入人们视野的高性能室温热电材料,具有四方晶系结构,兼具低晶格热导率和高功率因子,因而峰值ZT达到1.4。近年来,对该材料结构的深入研究揭示了其晶格热导率低的原因:晶胞体积大、Ag-Sb间的弱键合、高密度Ag空位、Ag+和Mg2+的迁移引起的横声子模软化、U过程中强烈的非谐作用(大Grüneisen因子)、宽频声子散射等。独特的晶体结构决定了α-MgAgSb独特的能带结构。价带顶附近,其聚集能谷数为8,而导带底附近则为1,因而,仅p型α-MgAgSb热电优值较高。对该材料,通过掺杂提高载流子浓度以优化功率因子是必要的手段。在众多掺杂元素中,Li掺杂效果最好,可使载流子浓度和功率因子分别达到~1.2 ×1020 cm-3和~24 μW cm-1 K-2。由于其优异的性能和与Ag电极之间的低接触电阻,单臂p型α-MgAgSb器件拥有目前为止室温附近最高的热能-电能测试效率8.5%。Half-Heusler是另一类在热电发电领域极具前景的材料,除了具有较高的热电性能外,该材料稳定性和机械性能还异常好。最近的研究表明,常规材料中占主导作用的电子-声子耦合在该材料中被大幅度抑制是其高功率因子的起源;p型ZrCoSb和n型ZrNiSn功率因子分别可达~30和~50 μW cm-1 K-2,而p型Nb_0.95M_0.05FeSb (M=Ti, Hf, Zr)更是高达100 μW cm-1 K-2。然而,由于该类材料热导率很高,使得其室温ZT仅0.3左右。尽管室温热电材料研究取得了明显的进展,但仍需在以下方面进行攻关:降低n型Bi₂Te₃基热电材料热导率使其ZT值可与p型同系材料匹配;寻找可在机械性能、热电性能上与p型α-MgAgSb匹配的n型MgAgSb或类似材料;降低NbFeSb基材料热导率及寻找其n型配对材料。     

低维纳米Bi_2Te_3的研究

基于低维纳米Bi2Te3材料的微观结构,阐明纳米Bi2Te3的合成机理,总结不同形貌纳米Bi2Te3材料的合成工艺及其对热电性能的影响,为进一步优化纳米Bi2Te3材料的热电性能提供可靠的理论依据.     

Al2O3对PbTe微观结构和热电性能的影响

为研究Al2O3对PbTe微观结构和热电性能的影响,在Tl0.02Pb0.98Te材料中添加纳米Al2O3粉末,用高能球磨加热压方法制备了Tl0.02Pb0.98Te样品,并对样品进行实验分析。结果表明：添加纳米Al2O3粉末有效地强化了样品高温机械性能;同时,纳米Al2O3颗粒弥散分布在晶界,阻止热压过程中晶粒长大,使晶粒尺寸降低了约50倍;晶粒细化后界面增多,能更好地散射长波长声子;由于晶格热导率降低了约20％,Tl0.02Pb0.98Te（Al2O3）0．06样品的zr在723K时达到1．3。     

Preparation of Bi2-xSbxTe3 thermoelectric films by electrodeposition

1. Introduction In the last decade, green power sources have attract- ed much attention because of severe environmental problem. As a green power source, the greatest virtue of a thermoelectric power generator is that it makes use of all kinds of heat (so…     

Thermoelectric properties of porous (Bi_(0.15)Sb_(0.85))_2Te_3 thermoelectric materials

In order to obtain thermoelectric materials with high figure of merit, the concept of Hollow (Vacuum) Quantum Structure or Effect and related thermoelectric materials design were proposed. To demonstrate the theory, the materials of (Bi0.15Sb0.85)2Te3 with porous structure have been fabricated. Their thermoelectric properties and the microstructure were investigated and compared with their density structure. It was found that the porous structure could improve their properties greatly.     

Solid State Reaction Synthesis and Thermoelectric Properties of Mg2Si doped with Sb and Te

Doped with Sb and Te, Mg₂ Si based compounds were prepared respectively by solid state reaction at 823K for 8h. Effects of dopants of Sb and Te on the structure and thermoelectric properties of the compounds were investigated. By calculating the values of the electrical conductivity for Sb-doped sample, the mechanism of electric conduction at 625 K is different. The figure of merit for sample doped with 0.4wt% Te at 500K is 2.4×10⁻³W/mK², and it reaches 3.3×10⁻³ W/mK² at 650K for the sample doped with 0.5wt% Sb. The values are more than 1.4 times and 2.3 times of the pure Mg₂Si sample. JIANG Hong-yi : Born in 1961     

Thermoelectric Properties of N-typer Bi_2Te_3-PbTe Graded Thermoelectric Materials with Different Barriers

In order to investigate the adaptability of thermoelectric materials system with different barriers to functional graded thermoelectric materials, n-type Bi2Te3 and PbTe two segments graded thermoelectric materials (GTM) with different barriers were fabricated by conventional hot pressing method. Metals Cu, Al, Fe, Co and Ni were used as barriers between two segments. The effects of different barriers on thermoelectric properties of GTM were investigated. The phase and crystal structures were determined by x-ray diffraction analysis (XRD). The distributions of different compositions were analyzed by electron microprobe analysis (EMA). The thermoelectric properties were measured at 303 K along the direction parallel to the pressing direction. The electric conductivity of samples was measured at 303 K by the four-probe technique. To measure the Seebeck coefficient, heat was applied to the samples, which were placed between two Cu discs. The thermoelectric electromotive force (E) was measured upon applying small temperature differences (△T< 275 K) between the both ends of the samples. The Seebeck coefficient of the samples was determined from the E/△T.     

Solvothermal preparation and thermoelectric properties of quasi-binary Sn(Pb)Te-Bi_2Te_3 compounds

The alloys based on Bi2Te3 are widely known as the best thermoelectric materials currently available for thermoelectric application near room temperature. Unfortunately the efficiency for TE device is limited by poor properties of TE materials. Excellent TE materials require a perfect combination of electrical and thermal properties. The challenge lies in achieving simultaneously high power factor (2) and low thermal conductivity, which define the dimensionless figure of merit ZT=(a2s/k)T[…     

离子束溅射制备Bi2Te3热电薄膜

采用离子束溅射技术,溅射不同面积比例的Bi/Te二元复合靶,制备Bi2Te3热电薄膜,所制备的薄膜Bi∶Te原子比接近2∶3.X射线衍射测量结果显示,薄膜的主要衍射峰与Bi2Te3标准衍射峰相同,在(015)晶面上择优选向明显,存在少量的Bi和[Bi,Te]杂质峰.霍尔系数测试及Seebeck系数测量结果表明,薄膜都为n型半导体薄膜,电导率量级为105Sm-1,电学性能良好.在不同条件下制备的薄膜Seebeck系数最大值为-168μVK-1,最小值为-32μVK-1.其中,Bi∶Te原子比为0.69,退火温度为300℃的薄膜功率因子最大,达1.1×10-3Wm-1K-2.     

高压制备Ce掺杂Ca3CO4O9陶瓷的热电性能

Ca3Co4O9是一种具有广泛应用前景的热电功能材料,为了提高其热电性能,利用高压成型方法及常规二次固相反应技术,制备了稀土ce掺杂的氧化物热电陶瓷材料ca3-xcexCo4O9（z=0,0．1,0．3,0．5）,在室温条件下对其微观结构和热电性能进行了测试分析．经扫描电镜测试发现,高压方法制备样品的致密度较高．热电性质测试表明,Ca3CO4O9的电阻率及See—beck系数随Ce掺杂量（z）的增加而增大,x=0．1时得到最大的功率因子;与常规二次固相反应制备的样品相比,高压制备的样品具有更高的热电性能．     

CaMnO3热电材料的低温烧结研究

采用固相反应法制备CaMnO3粉末,加入Bi2O3混合、压块后,在900％烧结12h得到样品,并对样品的物相、组织和热电性能进行了测试分析。结果表明：制备出的热电材料是单相的CaMnO3,加入Bi2O3后没有形成可观测的第二相;随着Bi2O3加入量的增加,样品的平均电导率增大,温差电势减小;平均电导率随温度的增加而增加,呈半导体特性,温差电势随温度的增加而增大;加入Bi2O3促进了烧结,降低了烧结温度,改善了材料的热电性能。     

The Effect of Bi2O3 on the Structure and Microwave Dielectric Properties of Ba6-3xNd8＋2xTi18O54 System（x=2/3）

The structures and dielectric properties of Ba6-3xNd8＋2xTi18O54 system（x=2/3） doped with different contents of Bi2O3, whose final molecular formula is Ba6-3x（Nd1-yBiy）8＋2xTi18O54 were investigated. It is indicated that the dielectric constant increases greatly whereas Q value（f0=4 GHz） decreases with the increase of Bi2O3 content. However, the temperature coefficient could be controlled below 0±30×10^-6/℃ in the experiment. These phenomena are related to the appearance of a new phase, Bi4Ti3O12, which has high dielectric constant. Also, that Bi^3＋（0.13 nm） substitutes for Nd^3＋（0.099 5 nm） will increase the unit cell volume, which will lead to the enlargement of the octahedron B site occupied by Ti^4＋. So the spontaneous polarization of Ti^4＋ ions will be strengthened. Besides, Bi^3＋ will fill up some vacancies which Ba^2＋ or Nd^3＋ ions leave in two A1 sites and four A2 sites. More positive ions polarize, which also contributes to higher dielectric constant. The samples got with the optimium properties are sintered at 1 200 ℃ for 4 h, when y=0.25, ε≈110, Q≈5 400（f0=4 GHz）, TCC=-4.7×10^-6/℃; When y=0.3, ε≈120, Q≈5 000（f0=4 GHz）, TCC=-24×10^-6/℃.     

Ce3+/Tb3+双掺杂SrAl2Si2O8荧光粉的发光性能及其在测温领域的应用

采用高温固相法在弱还原气氛下制备了系列荧光粉材料Sr_{1-3（x+y）/2}Al₂Si₂O₈:xCe³⁺,yTb³⁺,并通过X射线衍射（XRD）、荧光光谱和荧光强度比（FIR）测温法分析了荧光粉样品的晶体结构、发光性能及其温度传感特性。XRD分析结果表明掺杂离子Ce³⁺和Tb³⁺均占据Sr²⁺格位,并且掺杂少量的稀土离子不会改变基质的晶体结构。荧光光谱分析结果表明在近紫外光激发下,该双掺杂荧光粉的发射光谱显示出Ce³⁺和Tb³⁺离子的特征发射峰,最佳掺杂浓度的荧光粉化学式为Sr_0.865Al₂Si₂O₈:0.05Ce³⁺,0.04Tb³⁺。此外,在不同波长的监测下,测得的激发光谱形状十分相似,表明在该荧光粉中存在着Ce³⁺→Tb³⁺能量传递过程。FIR测温法计算结果表明该荧光粉的相对灵敏度随温度的升高而升高,在520 K时有最大值为0.022 4 K^-1。研究结果表明该荧光粉具备的优异光学性能和温度传感性能使其成为一种具有应用前景的测温材料。     

Al2O3-NbAl／TiAl基高温复合材料的研究

以Ti-Al-TiO2-Nb2O5为反应体系,利用热压烧结工艺原位合成了Al2O5／TiAl复合材料．通过Mo元素掺杂对体系进行增强,借助X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等分析研究了掺入不同含量Mo时,Ti-Al-TiO2-Nb2O5体系的热压反应过程及其对体系微观组织结构、力学性能等的影响．结果表明：放热反应加速了系统的反应,从而降低了该体系的反应温度;产物体积密度随着Mo掺杂量的增大而增大;抗弯强度和断裂韧性呈峰值变化．