Te-TiS2納米電纜的合成、表征和熱電性能研究.pdf

1、熱電材料是一種利用固體內(nèi)部載流子的遷移實(shí)現(xiàn)熱能和電能之間直接轉(zhuǎn)換的功能材料，在能源、環(huán)境等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。熱電器件的性能是通過(guò)熱電優(yōu)值（ZT）進(jìn)行量化的，其中Z是材料熱電性能的測(cè)度，T是絕對(duì)溫度。無(wú)量綱的熱電優(yōu)值可以確定某種熱電材料的性能，ZT=(S2σ/?)T，其中，S、σ、k和T分別為塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和絕對(duì)溫度?；跓犭姴牧霞{米結(jié)構(gòu)化能夠使熱導(dǎo)率比電導(dǎo)率降低得更加明顯，從而能夠顯著提高材料的熱電優(yōu)值。在各種熱電材料

2、中，Te及其化合物是一種在熱電領(lǐng)域研究較早、發(fā)展較成熟的熱電材料，成為人們研究的熱點(diǎn)。同時(shí)，發(fā)展新型結(jié)構(gòu)熱電材料對(duì)解決環(huán)境污染與能源短缺問(wèn)題具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。納米電纜結(jié)構(gòu)熱電材料由于不僅具有一維納米結(jié)構(gòu)特征，而且沿徑向方向內(nèi)芯和外殼的不同相之間存在核殼界面，具有獨(dú)特的性能、豐富的科學(xué)內(nèi)涵并有望獲得高的熱電優(yōu)值。因此，本文以Te、TiS2及其復(fù)合材料為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)Te、TiS2及其復(fù)合材料的控制生長(zhǎng)，成功合成了Te納米線、

3、TiS2納米線和Te/TiS2納米電纜，并對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理及熱電性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究結(jié)果如下：
　　1.運(yùn)用一種簡(jiǎn)單的溶劑熱法成功合成了Te納米線。通過(guò)四電極法把合成的單根Te納米線搭到電極上，并在4～266 K的溫度范圍內(nèi)對(duì)其熱電參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試表征。結(jié)果表明，所合成的Te納米線，其電導(dǎo)率值在200 K到266 K之間幾乎不受溫度的影響，最高電導(dǎo)率約為5.0×105Ω-1m-1。其最低熱導(dǎo)率值約為0.50 Wm-1K-1，是

4、相當(dāng)?shù)偷?。最高塞貝克系?shù)約為-121×10-6 VK-1。
　　2.為了能夠成功制備出 Te/TiS2納米電纜，在上述研究成果的基礎(chǔ)上，控制合成了TiS2納米線并研究了其熱電性能。運(yùn)用了一種簡(jiǎn)單的物理氣相沉積法(PVD)成功制備了TiS2納米線。結(jié)果表明，我們合成的TiS2納米線，其電導(dǎo)率值比Te納米線約低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。最低熱導(dǎo)率約為0.87 Wm-1K-1，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)TiS2塊體材料的熱導(dǎo)率(6.8 Wm-1K-1)。
　　

5、3.最后，在上述1制備Te納米線的基礎(chǔ)上，以其為原位模板成功制備出了Te/TiS2核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米電纜，并致力于其可控合成和傳輸特性。以掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡為手段，探索了其形貌和結(jié)構(gòu)特性，并以能量色散譜為手段，確定了其組分。結(jié)果表明，直徑為60 nm的Te/TiS2核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米電纜的熱電優(yōu)值在212 K處取得最大值，約為2.79，熱電優(yōu)值的提高主要?dú)w因于異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米電纜復(fù)合材料提高的塞貝克系數(shù)和降低的熱導(dǎo)率，為發(fā)展新一代高