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.     

SPS法制备Bi_2Te_3基热电合金的热电性能

用粉末冶金工艺结合SPS烧结制备了p型(Bi0.2Sb0.8)2Te3和n型Bi2(Te0.975Se0.025)3多晶半导体合金,研究烧结工艺对其热电性能的影响.结果表明,室温下,p型(Bi0.2Sb0.8)2Te3材料的热电优值Z为3.25×10<'-3K<'-1,n型Bi2(Te0.975Se0.025)3材料的热电优值Z为2.21×10<'-3K<'-1.     

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。     

Bi2Te3与SnBi2Te4的电子结构与热电性能研究

用离散变分密度泛函分子轨道方法(DFT-DVM)和线性扩展平面波能带方法(LAPW)计算了Bi2Te3与SnBi2Te4,讨论了电子结构与热电性能之间的关系.Te(Ⅱ)-Bi离子键强度和Te(Ⅰ)-Bi差别不大,而Te(Ⅱ)-Bi共价键比Te(Ⅰ)-Bi强.Te(Ⅰ)-Te(Ⅰ)原子层之间的主要相互作用是范得华力而最弱.Bi2Te3掺Sn后Te-Bi离子键增强而共价键减弱,且费米能级处带隙变小.Sn主要影响导带结构.     

射频磁控溅射制备层状Bi-Te薄膜及热电性能研究

采用射频磁控溅射制备了具有特殊层状纳米结构的碲化铋热电薄膜. 以Bi₂Te₃为靶材, 在不同基底温度和沉积时间下制备了薄膜, 并利用X射线衍射、扫描电镜和X射线能谱等对样品进行了结构和成分分析, 同时测试了薄膜的电导率和Seebeck系数. 结果表明, 基底温度是影响薄膜微结构和热电性能的关键因素之一, 较高的基底温度利于层状结构的形成和功率因子的提高, 400℃基底温度下制备薄膜的功率因子最优. 然而, 所有薄膜均显示不同程度偏离Bi₂Te₃的化学计量比而缺Te, 优化薄膜成分有望进一步提高薄膜的热电性能.     

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.     

碲化铋-碳纤维水泥基材料的制备及热电性能

采用混掺和涂层两种方式制备碲化铋(Bi2Te3)-碳纤维水泥基材料,研究了Bi2Te3掺量和掺加方式对水泥基材料热电性能的影响,并建立了涂层掺加方式下水泥基材料的热电模型。结果表明,混掺Bi2Te3的碳纤维水泥基材料表现出极化效应,随着养护龄期的延长,极化效应减弱;掺加Bi2Te3可以显著改善碳纤维水泥基材料的热电性能,以Bi2Te3作为涂层的水泥基材料比混掺具有更好的热电性能;热电模型分别计算Bi2Te3涂层和碳纤维水泥薄片的Seebeck系数,表明Bi2Te3涂层具有较高的Seebeck系数,从而提高整体水泥基材料的热电性能。     

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。     

炭黑填充复合材料结晶性能的研究

采用Ｘ射线衍射和ＤＳＣ两种方法，研究了炭黑填充ＨＤＰＥ与ＰＰ复合材料的结晶度和微晶尺寸。实验结果发现，炭黑对ＨＤＰＥ的结晶度影响很小，对其正交晶系统结构也未见影响，只是晶粒尺寸稍大。炭黑使ＰＰ的结晶度明显降低，对α晶体有影响，而γ晶态不变。     

块体Bi2Te3基热电材料性能优化及最新进展

在分析块体Bi2Te3基热电材料性能优化设计思路的基础上,重点探讨了成分优化、结构优化、合成优化及成型优化中提高块体Bi2Te3基热电材料性能的方法。提出了一套值得探讨的优化设计方案,展望了Bi2Te3基热电材料在温差发电和半导体制冷领域颇具潜力的应用前景。     

热塑形方法制备N型Bi2Te3材料

本文介绍了采用热塑形方法制备N型Bi2Te3温差电材料.并且给出了所获得样品的密度、抗弯强度、SEM以及温差电性能(包括电导率和塞贝克系数)的测试结果.实验结果表明,在最佳的热塑形工艺下制备的样品的功率因子与区熔材料相当,但其机械强度要明显优于区熔材料.热压塑形样品在垂直于塑形压力的方向上具有良好的取向,并且样品在此方向上的功率因子远远大于其在平行压力方向上的功率因子值.     

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．     

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.     

Modulation of Vacancy Defects and Texture for High Performance n-Type Bi2Te3 via High Energy Refinement

The carrier concentration in n-type layered Bi₂Te₃-based thermoelectric (TE) material is significantly impacted by the donor-like effect, which would be further intensified by the nonbasal slip during grain refinement of crushing, milling, and deformation, inducing a big challenge to improve its TE performance and mechanical property simultaneously. In this work, high-energy refinement and hot-pressing are used to stabilize the carrier concentration due to the facilitated recovery of cation and anion vacancies. Based on this, combined with SbI₃ doping and hot deformation, the optimized carrier concentration and high texture degree are simultaneously realized. As a result, a peak figure of merit (zT) of 1.14 at 323 K for Bi₂Te_2.7Se_0.3 + 0.05 wt.% SbI₃ sample with the high bending strength of 100 Mpa is obtained. Furthermore, a 31-couple thermoelectric cooling device consisted of n-type Bi₂Te_2.7Se_0.3 + 0.05 wt.% SbI₃ and commercial p-type Bi_0.5Sb_1.5Te₃ legs is fabricated, which generates the large maximum temperature difference (ΔT_max) of 85 K at a hot-side temperature of 343 K. Thus, the discovery of recovery effect in high energy refinement and hot-pressing has significant implications for improving TE performance and mechanical strength of n-type Bi₂Te₃, thereby promoting its applications in harsh conditions.     

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.     

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.     

射频磁控溅射制备Bi2Te3热电薄膜

通过射频磁控溅射，在溅射气体为Ar，气压为1Pa，溅射功率为120W时分别在聚氨酯和玻璃基底上沉积了不同厚度的Bi2Te3薄膜。Bi2Te3薄膜主要是以（221）晶面平行于基底进行外延生长，先在基底形成大量微小晶粒，合并长大成典型的纤维状组织结构。在此条件下薄膜生长速率为26nm/min，通过控制溅射时间可沉积几纳米到几微米不同厚度的薄膜。得到的p-型半导体Bi2Te3薄膜，其电阻率随薄膜厚度的增大而减小。     

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。