GeTe热电材料的研究和进展

当今,化石能源短缺和环境污染问题日益严峻,影响了人们的日常生活以及工业生产.世界各国都在寻找能够绿色高效地利用能源的新技术途径.在众多新技术途径中,热电转换技术因具有可以直接把热能转换成电能、不产生气体排放、不需要预先生产热能、仅靠工业生产和日常生活的废热即可发电等特点,受到工业界和学术界越来越广泛的关注.目前已经在深空探测、能源回收、空调制冷、芯片冷却等方面得到应用.半导体GeTe材料,是一种非常有前景的中温热电材料.在GeTe合成中,一般Ge不能完全参与反应而产生Ge空位,一个Ge空位会产生两个空穴,空穴作为载流子完成电导和电子热导,所以GeTe的热电性能与Ge的参与反应数量有关,受其制备工艺的影响很大.由于Ge不能完全参与反应,产生了大量的空穴载流子,载流子浓度高导致电导率高的同时,电子热导率也很大,限制了GeTe的热电应用.GeTe因为禁带比较窄,并且存在相转变过程,使其有着复杂的热电行为特征.采用不同的元素掺杂和烧结成型工艺会对GeTe的组成、晶体和能带结构及其热电性能产生巨大影响,为探索合适的组成、微观结构和制备工艺以提高GeTe基材料的热电优值提供了可能.此外GeTe基热电材料还具有较好的力学性能,满足高性能热电器件应用对力学性能的要求.这些特性使GeTe基合金成为目前为止在深空探测中得到实际应用的性能优良的p型中温热电半导体材料.本文主要从烧结工艺、元素掺杂、理论计算等方面,较详细地梳理总结了到目前为止对提高GeTe热电性能的探索和研究成果,以期为GeTe基热电材料的深入研究和广泛应用提供参考.     

Bi-Te基薄膜热电材料的研究进展

热电材料是一种能够实现热能与电能直接转换的功能材料,由于无法有效降低块体热电材料的热导率,其性能研究进展缓慢.自上世纪90年代初Hicks等提出了低维化能够显著提高热电材料性能的理论后,薄膜热电材料开始受到广泛关注.低维化提高材料性能的原因主要是材料在低维化后能够产生量子限制效应,使得电子在被压缩维度的运动受到限制.首先,在费米能级附近,与Seebeck系数呈正相关的电子态密度会增大,导致低维热电材料的Seebeck系数相比块体材料显著增大.其次,与块体材料相比,薄膜材料存在更多能够散射声子的晶界,能有效降低晶格热导率.在这两种效应的共同作用下,材料的热电优值(ZT值)能够显著增大.低维热电材料的研究初期主要是通过数学模型和数值计算,从理论上证明量子效应会影响材料的Seebeck系数和电导率,且能实现二者的独立控制,从而提高材料的ZT值.后期的实验数据证明,通过合适的热处理工艺能够有效降低薄膜材料的缺陷,提高其综合性能.因此,热处理工艺的改进对性能的提升也非常重要.热电材料性能的提升离不开制备工艺的进步.为了获得低维化的热电材料,多种薄膜材料制备工艺被用于样品的制备,且不同的制备工艺各有优缺点.Bi-Te基合金不仅可用于低温发电还可用于低温制冷,是目前应用最广泛的低温热电材料,虽然其块体状态下的热电性能研究已趋于完善,但其薄膜状态下热电性能的理论研究还相差甚远,因此Bi-Te基低温薄膜热电材料成为研究热点.本文介绍了国内外采用不同制备工艺生长Bi-Te基热电薄膜材料的发展状况以及热电性能测试方法,提出了在目前发展薄膜热电材料时需要重点关注的方面,并对低维热电材料的发展方向进行了阐述.     

N型铌钴氧化物热电材料的合成和热电性能的研究

研究了用热压烧结的方法合成Co4Nb2O9和Co0．66Nb1.33O4，并通过常见的检测和分析方法研究了他们的热电性能和微观结构。研究表明Co0.66Nb1.31O4是一种很有希望的n型热电材料.     

石油磺酸盐与部分水解聚丙烯酰胺的兼容性

本文主要研究了水矿化度、醇及部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)的用量对石油磺酸盐(3A)与 HPAM 兼容性的影响。发现在正丁醇的作用下,当矿化度较低时,3A 与 HPAM 能形成黄色清亮溶液;当矿化度较高、3A 含量较大对,却形成半透明的稳定的黄色液体。还研究了3A 的溶解性能。低分子醇可使3A 完全溶解于不同矿化度的水中。矿化度越高,需加入的醇量越大;醇的碳原子数越多,需加入的量却越少。     

高炉用不烧Al_2O_3-C质耐火材料在不同比例的CO-CO_2混合气氛中的抗氧化性能

研究分析了高炉炉身下部用不烧 Al2 O3- C质耐火材料在不同体积比的 CO- CO2 混合气氛中的抗氧化热力学性能。在热力学分析和大量实验的基础上 ,说明了其氧化机制、建立了不烧Al2 O3- C质耐火材料的氧化动力学模型     

吉林省山洪灾害特点及治理措施

吉林省山洪灾害主要以泥石流灾害为主,溪河洪水灾害次之.针对灾害产生的原因,提出了泥石流防治措施和滑坡防治措施及方法.     

上沟水利枢纽工程帷幕灌浆施工技术

常规的灌浆施工是钻孔垂直于施钻面,个别有钻孔倾向迎水面,钻孔角度与地层构造没有关系。浆液采用由稀到浓的多级配比浆液。而近年来发展的灌浆新方法是通过对地层构造特征的数据采集、分析,计算出钻孔的矢量;通过室内浆液配比再进行现场灌浆试验,确定合理的浆液配比和灌浆参数。与常规的灌浆方法相比,新的灌浆方法充分考虑了钻孔与地层构造特性的关系,以及浆液在灌浆过程中的性质,更切合实际的地层构造特性,有利于发挥浆液的功能和效力。文中以上沟水利枢纽工程帷幕灌浆为例对斜孔帷幕灌浆施工技术进行介绍。     

热等静压制备N型Si95Ge5合金及其热电性能

采用热等静压的工艺合成了掺杂GaP量为≤2.0%(摩尔分数)的N型Si95Ge5固溶体合金,对合成后的样品进行了物相结构分析及对微观形貌进行了表征,并研究了在室温下GaP掺杂量对载流子浓度、电导率、Seebeck系数及功率因子的影响。对于复合掺杂(P GaP)的N型Si95Ge5合金,试验结果表明:Seebeck系数在GaP掺杂量为0.5%(摩尔分数)时最小,之后随着GaP掺杂量在0.5%~1.5%范围内的增加而增加;电导率在GaP掺杂量小于1.5%范围内随GaP掺杂量的增加而单调增加;GaP的掺杂量在0.5%~1.5%范围内时,其功率因子在303K时达到最大值。