鉈、碘摻雜對Bi2Te3材料熱電性能的影響.pdf

1、熱電材料是能夠實現(xiàn)熱能和電能直接轉化的材料，它是一種環(huán)境友好型材料，有著優(yōu)良的性能和廣泛的應用前景。世界正面臨著三大危機：能源緊缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞，隨著人們的環(huán)保意識逐漸加深，對材料的需求日益增加，因此，關于新材料的研究受到越來越多的追捧。熱電材料作為新材料之一，可用來制作熱電器件。這些熱電器件一方面可以用作溫差發(fā)電，另一方面可以熱電制冷。熱電材料的熱電性能可通過無量綱熱電優(yōu)值ZT來評價（ZT-s2t/(pk)，其中S、ρ和k分別指

2、該材料的Seebeck系數(shù)、電阻率和熱導率，T是該材料工作時的絕對溫度）。降低熱導率以及提高功率因子(PF=α2σ)均可以提高材料的熱電優(yōu)值，即熱電性能。
　　目前，在不同的熱電材料中，Bi2Te3(碲化鉍)材料是室溫范圍內最可能投入大量實際應用、最有前景的熱電材料之一。關于碲化鉍材料的實際應用很廣泛，許多制冷元件均使用這種材料。但是由于Bi2Te3材料的ZT值一直在1左右徘徊，因而并沒有得到大規(guī)模應用。為實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用，進

3、一步提高Bi2Te3的熱電性能是目前研究的熱點。納米技術和能帶工程成為目前提高Bi2Te3材料熱電性能的主要技術途徑。
　　本文結合納米化和元素摻雜，研究鉈單摻及鉈碘雙元素摻雜對Bi2Te3材料熱電性能的影響，主要研究內容和結果如下：
　　1.鉈摻雜納米粉體的水熱法制備及其塊體的熱電性能研究。我們研究了鉈摻雜后合成的納米粉體的形貌。研究發(fā)現(xiàn)，鉈摻雜能夠明顯改變合成粉體的形貌。當制成的納米粉體被熱壓成塊體后，塊體的熱電性能也有

4、顯著的改變。與未摻雜樣品相比，鉈摻雜能夠明顯提高樣品的Seebeck系數(shù)，但摻雜后材料的電導率減小了。鉈摻雜后樣品的功率因子隨鉈摻雜量的增加而減少，導致ZT值沒有明顯的改善。主要原因是因為電阻率的增加以及摻雜后納米粉體花狀形貌的消失。
　　2.鉈和碘雙元素摻雜對熱電性能的影響。研究了雙摻對粉體形貌影響。鉈碘雙元素摻雜花狀納米粉體的制備方法與單摻鉈時的方法相似。研究表明EDTA表面活性劑的用量會顯著影響粉體形貌。元素摻雜不易形成花狀

5、形貌的Bi2Te3納米粉體，主要原因是Tl替代了Bi，I替代了Te，改變了Bi2Te3晶體內的鍵能，減慢了Bi2Te3晶體沿a軸、b軸的生長速度，故構成花狀形貌納米粉體的片狀結構很難形成。在之前的研究中，我們發(fā)現(xiàn)EDTA對于反應后的形貌有巨大的影響，合適的量能夠促進晶體形成納米片，進而生成花狀結構。通過調節(jié)EDTA的量，我們得到了所需的花狀納米粉體。
　　將制得的樣品粉體熱壓成塊體用來研究雙元素摻雜對其熱電性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)與未