GeTe基热电材料的研究进展

GeTe基材料在热电领域有着巨大的发展潜力，已成为近年来中温区热电材料的研究重点。首先简要介绍了GeTe的晶体结构和相变过程；其次，从提升其热电性能方法的角度对该体系近年来的研究进展进行综述：(1)以调控功率因子为目的，对GeTe体系的空穴载流子浓度进行优化，提升Ge的空位能；(2)通过能带工程实现能带结构的调控；(3)以降低热导率为目的，引入纳米缺陷(点缺陷、堆垛缺陷、纳米沉淀),增强声子散射效果等。最后对GeTe基热电材料的研究进展进行了总结，并对其今后的研究发展提出展望。     

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。     

(GeTe)nBi2Te3的结构与热电性能研究

在GeTe-Bi₂Te₃赝二元系统中, (GeTe)_n(Bi₂Te₃)_m化合物往往具有较低的晶格热导率, 但其中很多组分的热电性能尚未得到系统研究。本研究通过熔融、淬火、退火结合放电等离子烧结工艺制备了一系列(GeTe)_nBi₂Te₃(n=10, 11, 12, 13, 14)单相多晶样品, 并对其相组成和热电性能进行表征和研究。掺杂Bi₂Te₃可以显著增强点缺陷声子散射, 大幅度降低材料的晶格热导率, 在723 K时, (GeTe)₁₃Bi₂Te₃样品的总热导率低至1.63 W?m ^-1?K ^-1。此外, 掺杂Bi₂Te₃和调控GeTe的相对含量, 提高了材料的载流子有效质量, 即使在较高的载流子浓度下, 样品依然保持较高的塞贝克系数和功率因子, 在723 K, (GeTe)₁₃Bi₂Te₃样品获得最大的功率因子为2.88×10 ^-3 W?m ^-1?K ^-2, 最终(GeTe)₁₃Bi₂Te₃样品在723 K获得的最大ZT值达到1.27, 较未掺杂的GeTe样品提高了16%。     

Nb掺杂Mo1-xWxSeTe固溶体的热-电输运性能优化

固溶结合掺杂是优化材料热电性能的有效途径。本研究采用固相反应结合等离子体活化烧结成功合成了一系列单相的Mo_1-xW_xSeTe(0≤x≤0.5)固溶体及其Nb掺杂产物。热电输运研究表明, W固溶结合Nb掺杂显著提高了Nb_2yMo_0.5-yW_0.5-ySeTe固溶体的载流子浓度、载流子迁移率、电导率和功率因子, 适当降低了样品的晶格热导率, 进而显著提高了材料的热电优值ZT。随着Nb掺杂量的增加, 掺杂引入的离散能级转变为连续的杂质能带, 同步提升了载流子浓度和载流子迁移率。取向性研究发现, 由于在平行方向晶格热导率较低, Nb_2yMo_0.5-yW_0.5-ySeTe固溶体在平行烧结压力方向的ZT略优。最优组分Nb_0.03Mo_0.485W_0.485SeTe在垂直于烧结压力和平行于烧结压力方向获得了最高ZT, 分别达到0.31和0.36(@823 K), 是目前MoSe₂基热电材料获得的最好结果之一。后续通过优化掺杂元素来改善Seebeck系数和功率因子, 将有望进一步提升MoSe₂基化合物的ZT。     

温差发电用BiCuSeO基热电材料的研究进展

BiCuSeO基热电材料由于具有较低的热导率和较高的Seebeck系数,热电性能优异,且原料储藏丰富、价格低廉、安全无毒,被认为是一种具有潜在应用前景的新型热电转换材料。首先介绍了BiCuSeO基材料的晶体结构、电子结构、热电性能等基本特征,随后综述了近年来国内外关于BiCuSeO基热电材料的研究进展,评述了提高其热电性能的手段,包括Na、Ag、Mg、Ca、Sr、Ba等低价元素掺杂,铜空位,双空位,带隙调整,晶粒细化,织构化和调制掺杂等。通过电热输运特性的协同调控,可使其ZT值从未掺杂样品的0.4左右提高到1.5。最后从实际应用的角度出发提出了今后BiCuSeO基热电材料的研究方向及研究重点。     

稀土Y元素掺杂对PrBaCo2O5+δ陶瓷热电性能影响

利用传统陶瓷烧结工艺制备出不同浓度稀土Y元素掺杂PrBaCo₂O_5+δ氧化物热电陶瓷,采用XRD和热电材料性能测试系统等设备研究了稀土Y元素掺杂对PrBaCo₂O₅氧化物热电陶瓷晶体结构、热电性能的影响。测试结果表明：Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ热电陶瓷均为双层钙钛矿结构,没有形成新的杂相;在测试温度范围内,Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ(x=0,0.25,0.5,0.75)热电陶瓷的Seebeck系数均为正值,表明该材料导电载流子为以空穴,为p型半导体;稀土Y元素掺杂可以明显提高Pr_1-xY_xBaCo₂O_5+δ热电陶瓷的电导率,与电导率相反,稀土元素Y掺杂的导致Pr_1-xY_xBaCo     

钯基合金热电材料研究进展

热电材料是能够利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能材料,主要为半导体合金材料。本文论述了钯掺杂对合金热电性能的影响规律,介绍了几种典型的钯基合金的晶体结构特征及其热电性能,阐述了钯基合金热电材料研究现状。     

Ag掺杂对SnSe材料热电性能的影响

正引言进入21世纪,无论材料的发展、科技的进步以及社会的前进,都在向环保的方向努力。热电材料作为一种功能材料,通过固体中载流子(电子或空穴)的运输从而实现热能和电能的相互转换[1]。该材料具有稳定性高、尺寸规模可调、无运动部件且不产生任何污染及副产品等优点。热电材料的性能优劣主要通过无量纲的热电优值ZT来表示     

Mg2Si基热电材料研究现状及进展

介绍了热电材料的基本原理与应用情况,总结了现阶段提高Mg2Si基热电材料热电性能的途径：包括对Mg2Si材料进行多种元素的掺杂;制备低维数材料、纳米材料与超晶格结构材料。评述了Mg2Si基热电材料在掺杂改性和制备方面的研究进展。分别阐述了掺杂Ge、Sn、Pb、Te、Sb、Bi、Ag等几种元素对Mg2Si热电性能的影响。对溶体生长法、固相烧结法、机械合金化、放电等离子烧结法与电场激活压力辅助合成法的优缺点进行了评价,通过对比最后指出了场激活压力辅助合成法是新的合成Mg2Si节能和高效的新的制备方法。     

电场对Bi-Sb-Te热电材料微观结构及其性能影响

分别采用热压、低电场强度和高电场强度3种工艺烧结制备Bi1.2Sb4.8Te9热电材料,测试、对比分析3组试样的微观结构和热电传输性能。结果表明,采用电场加热方式烧结可有效提高材料的致密度,且在大电场强度工艺下晶粒择优取向。电场可使材料内缺陷减少,载流子浓度下降,同时提高载流子迁移率,使材料综合电性能提高,晶粒择优取向有助于降低材料热导率,这些都有助于热电材料ZT值的提高。