P型Bi2Te3基制冷晶棒加工廢料的資源化處理與熱電性能優(yōu)化.pdf

1、熱電材料是一種能實(shí)現(xiàn)熱能與電能的直接相互轉(zhuǎn)化的功能材料，在熱電制冷及溫差發(fā)電領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。針對(duì)目前半導(dǎo)體制冷行業(yè)Bi2Te3基熱電材料加工過程中廢品率高的現(xiàn)狀，以及傳統(tǒng)廢料回收工藝環(huán)境不友好、工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)和成本高的缺陷，本文提出了整體回收P型Bi2Te3基制冷晶棒加工廢料的新工藝，通過洗滌、炭化、熔煉等過程成功去除了廢料中的雜質(zhì)，隨后通過摻雜、通電加壓燒結(jié)制備了性能良好的塊體熱電材料。另外，Bi2Te3基合金作為室溫附近性

2、能最優(yōu)的體系已在熱電制冷領(lǐng)域有了較為廣泛的應(yīng)用，但在溫差發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用卻相對(duì)滯后。本文在最后一章利用能帶理論，研究了不同銻摻雜量下Bi2Te3基熱電材料的電熱輸運(yùn)性能及其熱電優(yōu)值(ZT)隨溫度的變化規(guī)律，優(yōu)化了P型Bi2Te3基合金在高溫區(qū)的熱電性能，得到了如下結(jié)果:
　　1)對(duì)P型Bi2Te3基制冷晶棒切割廢碎片，經(jīng)過簡(jiǎn)單的超聲波洗滌及熔煉過程即可獲得雜質(zhì)少的Bi2Te3基合金棒。經(jīng)過成分調(diào)整，樣品在整個(gè)溫區(qū)的綜合性能可明顯提高

3、。Bi0.36Sb1.64Te3、 Bi0.4Sb1.6Te3及Bi0.44Sb1.56Te3在整個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)的ZT值均可達(dá)到1.0附近，其中Bi0.36Sb1.64Te3樣品在420K的最大ZT值可達(dá)1.21。廢碎片的收得率超過了98％。
　　2)對(duì)于P、N型混合的Bi2Te3基制冷晶棒切割廢粒子，采用超聲波洗滌、氫還原、一次熔煉及二次熔煉等工藝，可有效去除以合金氧化物、SiO2為主的雜質(zhì)，獲得的Bi2Te3基合金棒雜質(zhì)含量低。

4、成分調(diào)整后，樣品由N型導(dǎo)電改性為P型導(dǎo)電，其中Bi0.36Sb1.64Te3及Bi0.4Sb1.6Te3樣品在室溫下的電導(dǎo)率均超過了1000S·cm-1，功率因子達(dá)到了4.0以上。廢粒子的收得率達(dá)到了97.02％。
　　3)對(duì)于Bi2Te3基制冷晶棒切割廢粉料，采用真空煅燒可去除切割液油污和部分銻氧化物等雜質(zhì)，一次熔煉及二次熔煉可進(jìn)一步提高Bi2Te3基合金的純度。經(jīng)過成分調(diào)整及通電加壓燒結(jié)獲得的P型塊體材料的熱電性能優(yōu)異，其中名

5、義成分為Bi0.36Sb1.64Te3的樣品在350K時(shí)的ZT值達(dá)到了1.23。廢粉料的收得率為85.73％。
　　4)通過調(diào)節(jié)Sb摻雜量，提高了Bi2-xSbxTe3塊體的能帶寬度及本征激發(fā)溫度。Sb含量越高，本征激發(fā)溫度越高，電導(dǎo)率隨溫度下降的速率越快，Seebeck系數(shù)的最大值也相應(yīng)出現(xiàn)在更高的溫度;同時(shí)，雙極擴(kuò)散熱導(dǎo)率對(duì)總熱導(dǎo)率的貢獻(xiàn)也越小，最終，ZT峰值也被推到了更高的溫度。其中樣品Bi0.44Sb1.56Te3在340