Zn-Sb納米膜熱電材料的脈沖電化學(xué)法制備及性能研究.pdf

1、近幾年來，由于環(huán)境污染和能源危機的加劇，高性能新型熱電材料以及與熱電材料有關(guān)的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究引起了人們極大的關(guān)注，熱電材料就是將熱能與電能直接轉(zhuǎn)換的功能材料，但是目前熱電材料沒有被廣泛應(yīng)用，其主要原因是熱電材料的轉(zhuǎn)換效率太低，因此，開發(fā)出高轉(zhuǎn)換效率的熱電材料，擴展熱電材料的應(yīng)用范圍是一個嶄新的課題。本研究擬通過Zn-Sb合金納米化及摻入稀土元素提高材料的Seebeck系數(shù)，進而改善材料的熱電性能。
　　 本文首先用循環(huán)伏安法

2、研究了以ZnCl2、SbCl3為主鹽，以檸檬酸為配合劑的電解體系中Zn(Ⅱ)、Sb(Ⅲ)的電化學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)Zn(Ⅱ)、Sb(Ⅲ)在電極電勢為-0.7V附近出現(xiàn)還原峰。在此基礎(chǔ)上采用脈沖電化學(xué)方法，用CHI602B電化學(xué)工作站提供脈沖電壓制備了Zn-Sb納米膜熱電材料。研究了pH值、溫度、占空比、主鹽濃度、電流密度等因素以及摻雜稀土對電沉積薄膜上Zn、Sb含量和材料外觀的影響。結(jié)果表明：當(dāng)pH值為1.0～3.0時，電沉積溫度為25℃～40

3、℃，脈沖電沉積的占空比達到5％～10％，nZn2+/(nZn2++nSb3+)為0.3～0.6，以及電流密度為1～7A/dm2時所得的合金薄膜表面出現(xiàn)光滑、致密、均勻的細顆粒。
　　 在上述較優(yōu)的工藝參數(shù)條件下制備的Zn-Sb合金膜經(jīng)SEM形貌分析，結(jié)果表明，摻雜La，Ce對晶體顆粒的細度和均勻性有影響，平均顆粒尺寸約為100nm，甚至達到幾十納米，薄膜表面的顆粒與顆粒之間的間隙較小，分布很均勻。X射線衍射分析結(jié)果表明脈沖電化學(xué)

4、方法制備的Zn-Sb合金膜主要成分為ZnSb、Zn4Sb3，DSC分析結(jié)果表明在420℃、495℃和640℃處出現(xiàn)明顯的吸熱峰，可能分別對應(yīng)于Zn的熔化過程、Zn4Sb3的相變過程和Sb的熔化過程，驗證了XRD的測試結(jié)果。
　　 最后針對主要成分Zn4Sb3，建立其晶體模型，應(yīng)用基于第一性原理的平面波贗勢密度泛函理論計算，得到Zn4Sb3和摻雜La、Ce晶體的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度，根據(jù)改進的翁沙格理論計算材料在不同溫度下的Seebe