Bi2Te3納米結(jié)構(gòu)塊體材料制備及其性能研究.pdf

1、碲化鉍(Bi2Te3)是目前室溫區(qū)制冷和發(fā)電最重要的熱電材料,其屬于菱形晶系,原子結(jié)構(gòu)為六面體層狀結(jié)構(gòu)。由于Bi2Te3結(jié)構(gòu)類似于石墨,具有各向異性,因此其熱電性能是各向異性的。在熱電材料研究初期,人們首先關注的是塊體合金,但無論采用什么手段,包括摻雜等,都不能很好的提高材料的熱電性能。隨后通過不斷探索,發(fā)現(xiàn)使熱電材料低維化,比如,超晶格薄膜等,能夠很有效提高其熱電優(yōu)值。但由于低維化材料很難進行商業(yè)化生產(chǎn)及實際應用。近年來,人們借助超晶

2、格中提高熱電性能的理論基礎,研究了一種既能提高熱電性能又能實際應用的結(jié)構(gòu),即納米結(jié)構(gòu)塊體。本文的主要目的就是制備Bi2Te3納米結(jié)構(gòu)塊體材料,并對其熱電性能進行優(yōu)化。
　　首先,本文用共沉淀法及氫氣還原法制備了Bi2Te3納米粉體。一般合成Bi2Te3納米粉末的方法為球磨法,該方法周期長,成本高,且合成的顆粒不均勻。而本文采用的方法簡單方便,且成本低,能夠在短期間合成出尺寸小且均勻的納米顆粒。研究了還原溫度與還原時間對樣品的影響。

3、結(jié)果表明當還原溫度為400℃,還原時間為3h時,合成的樣品不含任何雜相且結(jié)晶性良好,晶粒尺寸約為41nm。
　　其次,用常壓燒結(jié)法制備了Bi2Te3納米結(jié)構(gòu)塊體材料,研究表明燒結(jié)溫度為400℃,燒結(jié)時間為2h時,該材料的電導率最高。并分析了電導率與微觀形貌之間的關系。結(jié)果表明,當溫度過低時,材料的致密度很低,顯然會導致電導率的下降。而燒結(jié)溫度過高或時間過長時,樣品內(nèi)的顆粒會互相吞并異常長大,此時每個大晶粒熱電性能的各向異性會表現(xiàn)的

4、很明顯,由于整個納米結(jié)構(gòu)塊體中包含很多雜亂無章排列的大晶粒,從而會導致電導率的下降。
　　再次,由于高壓是一種既能保證納米結(jié)構(gòu)塊體的高致密性,又能夠防止納米顆粒異常長大的手段,所以本人采用高壓燒結(jié)法制備了Bi2Te3納米結(jié)構(gòu)塊體材料。通過對壓力,燒結(jié)溫度,保壓時間等參數(shù)的逐一探索,得到了制備Bi2Te3納米結(jié)構(gòu)塊體材料的最佳條件為:壓力4GPa,溫度350℃,保壓時間1h。結(jié)合樣品的微觀形貌、熱導率及電導率測試的結(jié)果,進一步分析了