SPS烧结制备AgxCa3-xCO4O9热电氧化物及其电性能

以金属硝酸盐为起始原料，采用溶胶．凝胶法制备了AgxCa3-xCO4O9（X=0.1-0.6）复合氧化物粉末，SPS烧结了其块体，研究了Ag^＋掺杂量对系统物相组成及电性能的影响。结果表明，在本实验范围内随着Ag^＋掺杂量的增加，出现了单质Ag和CO3O4，与此伴随的是块体各温度点电阻率和Seebeck系数的降低．当X=0.6时，100℃时的电阻率达到最低值1.7×10^-5Ω．m，且块体导电特性由半导体转变为金属。当X=0．3，SPS烧结时间2h时功率因子达7.612×10^-4m.K^-2。     

Bi_2Te_3/炭黑复合材料的制备及热电性能

采用水热法合成Bi_2Te_3粉体,将炭黑(CB)与其掺杂制备不同比例的碲化铋/炭黑(Bi_2Te_3/CB)复合材料,研究复合材料的热电性能。同时采用TGA、SEM、XRD等分析方法表征Bi_2Te_3/CB复合材料的结构,探究微观结构与热电性能的关系。研究发现:室温下,CB的引入使Bi_2Te_3/CB复合材料的热导率大大降低(0.5957 W/(m·K)降到0.0888 W/(m·K));随着Bi_2Te_3含量的增加,复合材料的电导率、热导率均增大,Seebeck系数先增加后降低;当Bi_2Te_3含量为88.9%时,在558℃烧结10min所得的Bi_2Te_3/CB复合材料室温下热电优值ZT最大(ZT=0.21)。虽然ZT值未能达到应用价值,但是CB的添加为改善Bi_2Te_3材料的热电性能,尤其在降低材料的热导率方面,提供了新方法和新思路。     

低维Bi_2Te_3基热电材料的研究进展

Bi_2Te_3及其固溶体金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.如何最大限度地提高材料的热电优值是当今热电材料研究的主要问题.传统块体Bi_2Te_3基热电材料的最高ZT值只能达到1.0左右,而低维化、纳米化的Bi_2Te_3基热电材料可使电子和声子的传输得到合理调控,从而大幅提升材料的热电性能.综述了二维纳米薄膜、一维纳米线(管、棒)和准零维纳米颗粒等低维Bi_2Te_3基热电材料的最新研究进展,并结合目前的研究状况展望了今后的研究重点及发展方向.     

稀土Gd对热压烧结Bi_2Te_3基材料热电性能的影响

稀土元素对Bi2Te3基材料热电性能的影响一直是Bi2Te3基热电材料研究的热点。本文研究了不同Gd掺杂量Bi2Te3基热电材料的热压烧结工艺参数,运用XRD,SEM方法对材料的物相成分和形貌进行了表征,研究了20MPa下不同Gd掺杂对Bi2Te3基材料的载流子浓度、电导率、Seebeck系数的影响。研究结果表明,Gd掺杂没有明显改变Bi2Te3基材料的晶体结构,适量的Gd掺杂有利于减小载流子浓度、提高Bi2Te3基材料的热电性能。     

Bi_2Te_3/Bi_2Se_3纳米复合热电材料的制备和性能

通过水热法分别合成了Bi2Te3和Bi2Se3纳米粉末,粉末按目标产物Bi2Te2.85Se0.15混合后真空热压烧结(523～623K,50或80MPa)制成块体材料。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和场发射扫描电镜对合成的粉末和块体进行了分析,对块体在室温附近的载流子浓度、迁移率、霍尔系数、以及298～598K温度区间的电导率和Seebeck系数进行了测试。在623K,80MPa,保温60min真空热压烧结得到的样品的功率因子在298K达到了峰值19.1μWcm-1K-2。探讨了烧结温度和压力对材料相结构和形貌的影响。     

制备工艺对n型Bi_2Te_3基材料热电性能和抗压强度的影响

以商用区熔(ZM)n型Bi2Te3基材料为原料,采用简单研磨结合放电等离子烧结技术(ZM+SPS)和熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结技术(MS+SPS)制备了n型Bi2Te3基块体热电材料.对三种不同工艺制备出样品的微结构、热电性能和力学性能进行了研究.FESEM微结构表征结果表明:区熔样品的晶粒粗大,有较强的取向性;经SPS烧结后,晶粒细化,取向性大为降低;而区熔样品经MS+SPS后,晶粒得到进一步细化,且没有明显的取向性.对三组样品进行的热电性能和抗压强度测试,结果表明:区熔原料最大ZT值为0.72(430K),抗压强度仅为40MPa;经SPS后,样品的最大ZT值为0.68(440K),抗压强度为110MPa,相比区熔样品提高了175%;MS+SPS样品的最大ZT值为0.96(320K),其室温ZT值相比区熔样品提高了64%,抗压强度相比区熔样品提高了400%,达到200MPa.     

热电材料Bi_2Te_3粉体的制备及粒径分析

为了确定经机械合金化法制备的Bi2Te3粉体进行激光粒度分析的适宜条件,运用X射线粉末衍射、激光粒度分析、比表面积分析等手段对样品物相和粒径进行分析。结果表明,高能球磨30 h后,Bi2Te3晶粒的平均粒径达到本实验中的最小值135 nm;当分散剂采用Tween-80,体积分数为1%;粉体质量浓度为0.01 g/mL时,对样品进行激光粒度分析的结果较为理想。     

P型Bi_2Te_3基热电材料直接电镀镍

采用常温硫酸镍电镀溶液研究了不同阴极电流和不同电镀时间对P型Bi2Te3基热电材料电镀镍层的显微结构和结合性能的影响。对镍层的形貌、厚度、成分以及与Bi2Te3基体之间的接触电阻进行了表征。研究结果表明在选定实验条件下,电流密度为1.0A/dm2,沉积时间为6分钟时界面电阻为最小值1.804Ω。     

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。     

CoSb3/MoCu热电接头的一步SPS法制备及性能评价

Mo-Cu合金电极被成功应用于CoSb₃基热电发电元件. 通过调节合金中铜的含量,Mo₅₀Cu₅₀合金取得了与CoSb₃良好的热匹配. 借助于放电等离子烧结(SPS), Mo-Cu合金通过钛层成功实现了与CoSb3热电材料的连接. 在CoSb₃/Ti/Mo-Cu界面区域,没有发现微裂纹,扫描电镜（SEM）显示在CoSb₃/Ti界面处生成了TiSb相. 500℃的热时效实验表明,CoSb₃/Ti界面区域的TiSb相厚度略有增加,显示了良好的热稳定性. 随着热时效时间的延长,接头的剪切强度降低. 四点探针测试表明,界面区域界面电阻很小,界面接触电阻率在20～30μΩ·cm²,显示了热电接头良好的电接触.     

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。     

SiO2纳米颗粒复合Bi2Te3纳米线阵列的制备

为结合一维纳米材料和纳米颗粒复合材料的优点,本文尝试进行了在氧化铝模板(AAO)中生长Bi2Te3-Si O2纳米颗粒复合纳米线阵列。通过在电化学溶液中添加Si O2纳米颗粒,制备包含纳米颗粒的Bi-Te纳米线阵列。应用XRD、SEM、TEM等方法对合成的样品进行了分析观察。研究发现Si O2纳米颗粒的加入对纳米线的形貌和结构都有明显的影响。在模板法沉积Bi2Te3纳米线阵列时,添加Si O2纳米颗粒将明显改变纳米线生长方式,Bi2Te3纳米线不再是等径的纳米棒,而是枝晶生长过程,最后形成Z字型的不断反复弯折纳米线,该枝晶状纳米线的直径远小于模板的孔径。这一新颖的现象为制备直径更小,并具备精细界面结构的纳米线热电材料提供了一种新的可能途径。     

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.     

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.     

水热合成Bi-Te-Se合金及其热电性能

用水热法在473K下反应24h,制备了Bi-Te-Se三元合金.其粉末产物由结构相同成份接近的两相Bi-Te-Se合金组成.粉末在523K,50MPa压力下热压成的块材也是两相结构.粉末和块体材料的微观形貌均由层片状颗粒组成,层片厚度为100nm左右.通过改变Te的相对含量,可以调节施主掺杂浓度.材料具有很低的热导率,在349K时试样Bi2Te2.85Se0.45具有晶格热导率最低值为0.33W/m·K.此时,它也具有最高的ZT值为0.60.     

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.     

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。     

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．     

低温共熔盐法制备LiNi_(0.8)Co_(0.2)O_2的结构与电化学性能

低温共熔盐0.434LiNO3-0.266LiOH·H2O-0.3CH3COOLi·2H2O在80～90℃范围实现很好的熔融态。采用这种低温共熔盐制备出了锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.2O2,XRD检测显示材料结晶度高,具有规整的层状α-NaFeO2结构,SEM扫描显示样品形貌均一,颗粒大小均匀。充放电测试表明,材料具有良好的电化学性能,在2.8～4.3V电压范围0.2C首次放电比容量为174.1mAh/g,循环20次后容量保留95%。