稀土化合物RXTe3(X=Sb、Bi)的合成與熱電性能.pdf

1、熱電材料是能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)化的功能材料，利用它制作的制冷器和發(fā)電器件具有體積小、無噪聲、無冷媒,且穩(wěn)定性好等特點(diǎn),因此在國防科技、光通訊器件和和民生領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。熱電轉(zhuǎn)換器件的效率主要依賴于所使用的材料,即要求材料有大的熱電優(yōu)值ZT(=S2σT/κ,其中S、σ和κ分別是材料的塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，T是絕對溫度),也就是要求材料具有大的電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù),低的熱導(dǎo)率。然而，S、σ和κ這三個物理量相互關(guān)聯(lián),難以獨(dú)立調(diào)控

2、.正是這一困難,使得傳統(tǒng)熱電材料的ZT值數(shù)十年來一直小于1,從而熱電轉(zhuǎn)換器件的應(yīng)用受到極大限制。在對地球環(huán)境保護(hù)意識的加深和對新型能源開發(fā)需求的背景下,實(shí)現(xiàn)無污染制冷和用于低品位余熱發(fā)電的熱電材料及器件再度引起人們關(guān)注,在世界范圍內(nèi)形成新一輪研究與開發(fā)熱潮。
　　最近幾年的研究發(fā)現(xiàn)具有良好熱電性能的典型體系，比如熟知的Bi2Te3和Bi2Se3等，具有拓?fù)浣^緣體特性。塊體拓?fù)潴w的絕緣態(tài)和表面金屬態(tài)的分離與觀察凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)研

3、究的熱點(diǎn)課題。含稀土三元鹵化物RXT3(R為稀土，B為Bi或Sb，T為Te或Se)中的LaXTe3和YXTe3等四種化合物的第一性原理計(jì)算表明指出LaBiTe3為三維拓?fù)浣^緣體。
　　本研究主要對RXTe3(R= La,Ce； X= Bi，Sb)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，探索拓?fù)浣^緣體特性與熱電性能。主要內(nèi)容與研究成果如下：
　　（1）此類化合物現(xiàn)有文獻(xiàn)報道的合成方法需要100多個小時。我們采用固相反應(yīng)和機(jī)械合金化結(jié)合的方法，以La、C

4、e、Bi、Sb、Te單質(zhì)為原料成功制備了LaSbTe3、LaBiTe3、CeSbTe3、CeBiTe3四種三元合金稀土化合物。合成方法具有合成時間短和產(chǎn)率高等特點(diǎn)。通過X射線衍射（XRD）分析和X射線能譜分析（EDS）確認(rèn)了所合成化合物的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分。用CrystalMaker軟件建立此類化合物的晶體結(jié)構(gòu)模型，模擬計(jì)算了它們的X射線衍射圖譜與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比。
　?。?）采用放電等離子燒結(jié)（SPS）手段燒結(jié)法將制備出的粉末

5、樣品燒結(jié)成形，把燒結(jié)后的樣品切割成條狀，利用物性測量系統(tǒng)（PPMS）測量試樣的熱電性能。此類化合物的熱導(dǎo)率非常低，在室溫附近熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率低于1 W m K-1。LaSbTe3具有較高的Seebeck系數(shù)，在T=400 K時該樣品的Seebeck系數(shù)高達(dá)550mVK-1。
　?。?）利用物性測量系統(tǒng)（PPMS）測量分析了這幾種化合物的載流子濃度和霍爾系數(shù)，進(jìn)一步研究了載流子濃度與熱電材料的性能的關(guān)系。通過測量發(fā)現(xiàn) CeSbSb3和L