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。     

Bi_2Te_3基热电材料的微观结构与电学性能

用粉末冶金工艺结合SPS烧结制备了n型Bi2(Te0.975Se0.025)3和p型(Bi0.2Sb0.8)2Te3多晶半导体合金,并通过XRD衍射分析和SEM观察等方法研究其在不同方向上的微观结构,测试了其热电性能。结果表明试样的电导率随烧结温度的增加而减小,试样内部的晶粒具有明显的取向,材料的电学性能也同样具有各向异性的性质。     

水热合成Sb_2Se_3纳米线及其对Bi_2Te_3纳米粉末热电性能的影响

以SbCl3和Se粉为原料,水合肼(N2H4·H2O)为还原剂,采用水热法在150℃下,分别保温不同的时间合成Sb2Se3纳米粉末.通过X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)以及高分辨透射电镜(HRTEM)等分析方法对产物的物相成分和微观形貌等进行了表征,实验结果表明保温时间达到24h时,获得产物为单相Sb2Se3纳米线晶体.根据实验结果还研究了水热合成Sb2Se3纳米线晶体可能的反应及生长机理,结果表明一维纳米线沿[001]方向生长,纳米线的形成与其独特的层状晶体结构有关.最后采用放电等离子体快速热压烧结法将水热合成的Bi2Te3纳米粉末与不同含量Sb2Se3纳米线进行复合,分析了Sb2Se3纳米线对Bi2Te3纳米材料热电性能的影响,发现复合约1at%Sb2Se3纳米线可以使Bi2Te3纳米材料热电性能有一定提高.     

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.     

膜厚对N型Bi_2Te_(2.85)Se_(0.15)薄膜热电性能的影响

采用瞬间蒸发技术沉积了N型Bi2Te2.85Se0.15热电薄膜,沉积的薄膜厚度在50~400nm范围之间,并在473K进行1小时的真空退火处理。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和能量散射谱(EDS)分别对薄膜的物相结构、表面形貌以及化学计量比进行表征。XRD分析结果显示,薄膜的主要衍射峰与Bi2Te3和Bi2Se3的标准衍射峰一致,沉积薄膜的最强衍射峰为(015),退火后,薄膜的最强衍射峰是(006)。采用表面粗糙度测量仪测定薄膜厚度,薄膜的电阻率采用四探针法在室温下进行测量,在室温下对薄膜的Seebeck系数进行表征。测试结果表明,薄膜为N型传导特性。并考察了薄膜厚度对电阻率及Seebeck系数的影响。     

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。     

K、Al共掺杂Bi_2 Te_(2.7) Se_(0.3)热电材料的制备及性能研究

采用真空熔炼和热压烧结技术制备了K和Al共掺杂Bi2Te2.7Se0.3热电材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相结构和表面形貌进行了表征。XRD分析结果表明,K0.04Bi1.96-x Al x Te2.7Se0.3块体材料的XRD图谱与Bi2Te2.7Se0.3的XRD图谱对应一致,SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。K0.04Bi1.92-Al0.04Te2.7Se0.3合金提高了材料的Seebeck系数,K0.04Bi1.88Al0.08Te2.7Se0.3和K0.04Bi1.84Al0.12Te2.7Se0.3大幅度提高了材料的电导率,通过K和Al部分替代Bi,使材料的热导率有不同程度的减小,在300~500 K温度范围内,K和Al共掺杂均较大幅度地提高了Bi2Te2.7Se0.3的热电优值。     

快淬和球磨时间对p型(Bi_(0.25)Sb_(0.75))_2Te_3合金热电性能的影响

通过快淬-机械球磨-放电等离子烧结工艺制备了p型(Bi0.25Sb0.75)2Te3块体热电材料.在300~523K温度范围内对其电导率、Seebeck系数和热导率进行了测试,并系统研究了快淬后球磨时间对合金热电性能的影响.研究结果表明,随着球磨时间的延长,样品的电导率呈先降后升的趋势,Seebeck系数变化并不明显,而热导率随球磨时间的延长逐渐下降.球磨20h的样品在室温下具有最高的热电优值,最大值达到0.96,机械抗弯强度达到91MPa.     

退火温度对Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)薄膜的微结构及热电性能的影响

采用瞬间蒸发技术在温度为473 K的玻璃基体上沉积了厚度为800 nm的N型Bi2Te2.7Se0.3热电薄膜,并在373 K～573 K进行1小时的真空退火处理。利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和能量散射谱(EDS)分别对薄膜的物相结构、表面形貌以及化学计量比进行表征。采用表面粗糙度测量仪测定薄膜厚度,薄膜的电阻率采用四探针法在室温下进行测量,在室温下对薄膜的Seebeck系数进行表征。霍尔系数,电子浓度和迁移率在300 K用Van der Pauw方法进行测量。退火温度为473 K时,电阻率和Seebeck系数分别为2.7 mΩ.cm和?180μV/K,热电功率因子最大值为12μW/cmK2。     

Na、Ga共掺杂对n型Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)电热输运性能的影响

采用真空熔炼及热压烧结方法制备了Na和Ga共掺杂n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料。XRD结果表明,Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3块体材料的XRD图谱与Bi2Te2.7Se0.3的图谱对应一致。通过EDAX技术对Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3块体材料的成分进行了分析,无氧化现象。在298~523K温度范围内,在垂直于热压方向对样品的电热输运性能进行了测试分析,结果表明Na和Ga共掺杂可以有效地提高Bi2Te2.7Se0.3的载流子浓度,从而使电导率得到明显改善,但同时Seebeck系数有不同程度的损失。由于晶格热导率减小,Na掺杂及共掺杂样品Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3(x=0.04)均使热导率降低。当Na掺杂浓度为0.04时,随着Ga掺杂浓度的增加,热导率呈现递增的现象,Na和Ga共掺杂样品Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3(x=0.04)的热电优值获得了较明显的提高,在398K时的最大ZT值为0.75。     

(Ag_2Se)_(1–x)(Bi_2Se_3)_x的热电性能研究（英文）

具有本征低晶格热导率的I-V-VI_2族三元硫属化合物在热电领域引起了广泛关注。AgBiSe_2作为这类化合物中少有的n型半导体,成为一种有潜力的热电材料。本工作系统研究了AgBiSe_2的热电性能。基于Ag_2Se-Bi_2Se二元相图,单相的(Ag_2Se)_(1–x)(Bi_2Se_3)_x的成分在x=0.4～0.62范围可调,使得该材料载流子浓度具有可调性。结果表明,通过组分调控获得了较宽范围的载体浓度1.0×10~(19)～5.7×10~(19) cm~(-3),并基于声学声子散射的单一抛物带模型对其电传输性能进行了综合评估。本研究获得的最高载流子浓度接近理论最优值,在700 K实现了最高ZT值0.5。本研究有助于深入理解AgBiSe_2的传输特性和决定热电性能的基本物理参数。     

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。     

Te纳米线模板法加工Bi_2Te_3-Te片式棒热电材料(英文)

以碲纳米线为模板,采用简便的回流法大规模合成了Bi2Te3-Te片式棒一维材料,产量达到90%.利用X射线衍射、扫描电镜、X射线能谱、透射电镜对样品进行了分析.系统的研究了KOH、EDTA以及反应时间对产物结构的影响,提出了这种异质结构的形成机制.本制备方法可以推广到合成其它金属和半导体的一维特殊纳米结构.     

Y替代对Y_n(Ba_(0.8)Bi_(0.2))_(1–n)Fe_(0.9)Sn_(0.1)O_3负温度系数热敏陶瓷电学性能的影响

采用传统的固相烧结法制备了Yn(Ba0.8Bi0.2)1–n Fe0.9Sn0.1O3负温度系数热敏陶瓷。借助X射线衍射分析仪、扫描电镜、阻温测试仪和交流阻抗分析仪对这类热敏陶瓷的物相、显微结构、阻温特性和阻抗特征进行了表征分析。所得Yn(Ba0.8Bi0.2)1–n Fe0.9Sn0.1O3热敏陶瓷为伪立方钙钛矿结构,粒度约1.0μm,随Y含量增加晶格常数a变小;其室温电阻率、热敏常数和活化能分别介于2.17~9.17 M?·cm、6757~7171 K和0.583~0.618 eV范围内,且均随Y含量增加趋于增大。阻抗分析表明,在n=0.02、0.04时,陶瓷体电阻由晶界、晶壳和晶粒电阻构成,其中晶粒电阻贡献最大;而在n=0.06、0.08时,陶瓷体电阻由晶界、畴壁和电畴三个部分构成,其中电畴区域电阻贡献最大;在限定的测量温度范围内,晶界、晶壳、晶粒、畴壁和畴电阻均表现出负温度系数热敏行为。     

Zintl相热电材料纳米晶(Mg_(0.97)X_(0.03))_3Sb_2的低温电输运性能

采用机械合金化结合热压的方法,制备了纳米晶(Mg0.97X0.03)3Sb2(X=Mg、Cr、Cu、Ti),进行了微结构表征和电阻率测量。结果表明其平均晶粒尺寸不超过40nm。(Mg0.97X0.03)3Sb2晶体结构四面体位置的Mg-Sb结合距离变短,共价性增强。室温电阻从543Ωcm(Mg3Sb2)下降到137Ωcm((Mg0.97Cr0.03)3Sb2)、121Ωcm((Mg0.97Ti0.03)3Sb2)、109Ωcm((Mg0.97Cu0.03)3Sb2)。替代样品的电阻在低温时为变程跳跃电导。电阻率的降低是由于替代形成的晶格中化学环境变化,原子间结合强度增加所致。     

Ag_2Te掺杂对p型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3块状合金热电性能的影响

采用真空熔炼、机械球磨及放电等离子烧结技术(SPS)制备得到了(Ag2Te)x(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x(x=0,0.025,0.05,0.1)系列样品,性能测试表明,Ag2Te的掺入可以显著改变材料的热电性能变化趋势,掺杂样品在温度为450~550K范围内具有较未掺杂样品更优的热电性能.适当量的Ag2Te掺入能够有效地提高材料的声子散射,降低材料的热导率.在测试温度范围内,(Ag2Te)0.05(Bi0.5Sb1.5Te3)0.95具有最低的晶格热导,室温至575K范围内保持在0.2~0.3W/(m·K)之间,在575K时,(Ag2Te)0.05(Bi0.5Sb1.5Te3)0.95试样具有最大热电优值ZT=0.84,相较于未掺杂样品提高了约20%.     

ZrO2(n)/SiC(n)-MoSi2纳米复合陶瓷中纳米颗粒的均匀分散

本文探讨了在pH值一定的情况下,不同分散剂、不同分散介质对纳米ZrO2、纳米SiC的分散效果的影响,并考察了不同表面处理方法对纳米SiC颗粒分散性的影响.研究结果表明:以PEG为分散剂、水为分散介质可以有效地分散纳米ZrO2和纳米SiC,并能与基体MoSi2粉末均匀混合;采用550℃、2h的煅烧工艺处理纳米SiC可有效改善其分散性.     

Na-Ni掺杂对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7陶瓷性能的影响

采用传统固相反应法制备Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7基陶瓷.研究Na~+、Ni~(2+)分别替代Bi~(3+)、Nb~(5+)对Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7陶瓷烧结特性和介电性能的影响.替代后样品的烧结温度从960℃降低到870℃左右.在-30℃～+130℃,陶瓷样品的温谱中出现明显的介电弛豫现象,弛豫峰所在温区较宽;当Ni~(2+)替代量增加到0.2时出现双弛豫峰.随着Ni~(2+)替代量增加,弛豫峰值温度向高温移动,弛豫激活能增加,两弛豫峰之间距增加.用缺陷偶极子和晶格畸变解释了Na-Ni掺杂Bi_2(Zn_(1/3)Nb_(2/3))_2O_7的介电弛豫现象.     

ZnSe—(Zn_(1-x)Cd_xTe)_(1-y)(In_2Te_3)_y薄膜异质结光电特性

近年来,不少科技工作者从结晶学方面对Ⅱ—Ⅵ族化合物异质结制作技术进行深入地研究,制成一些具有优良性能的从可见光到近红外范围的光电器件,并获得广泛应用。一般说来,形成异质结的条件是构成异质结的材料应具有良好的相容性,要求异质结界面处原子,排列相似。但实际上由于材料的晶格常数、电子亲和能及热膨胀系数等的差异,还有制作工艺质量问题,常常在异质结界面产生大量的悬挂键和缺陷,造成结界面能带的不连续,对异质结性能产生严重影响。我们用真空蒸发方法,以Ⅱ—Ⅵ族化合物ZnSe、ZnTe及CdTe等为材料,制成ZnSe—(Zn_(1-x)Cd_xTe)_(1-y)(In_2Te_3)_y(x=0.2～0.5,y=0.02～0.07)薄膜异质结。用这种异质结作摄象管靶或其它光电器件。从结晶学来看,上述三种材料都是闪锌矿结构,理论上可以形成异质结,但由于晶格失配率大,是一种晶格不匹配异质结。本文简单叙述并讨论这种异质结的一些光电特性。     

Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/环氧树脂柔性复合热电厚膜的制备及其面内制冷性能（英文）

利用丝网印刷法在聚酰亚胺基板上制备了Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3/环氧树脂柔性复合热电厚膜,通过优化Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3粉末含量提高了其电输运性能。复合厚膜在300 K时的最优功率因子达到1.12 mW·m~(-1)·K~(-2),较前期报道的数值提高了33%。抗弯测试表明复合厚膜的电阻在弯曲半径大于20 mm时基本不变,在弯曲半径为20 mm,弯曲次数小于3000次时,仅有轻微增大,说明其在柔性热电器件领域具有应用潜力。红外热成像技术显示,在工作电流为0.01 A到0.05 A时,复合厚膜热电臂两端可以形成4.2℃到7.8℃的温差,表明了其在面内制冷领域应用的可能性。