Te基熱電材料的制備及性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、熱電材料是一種能實現(xiàn)熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的新型功能材料,將熱電材料做成器件后,由于其環(huán)保、壽命長、體積小等優(yōu)點在熱電制冷或溫差發(fā)電領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。雖然熱電材料已經(jīng)在航天航空、半導(dǎo)體制冷等特殊領(lǐng)域獲得了應(yīng)用,但是目前還沒有實現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。主要原因在于兩個方面:一方面,熱電轉(zhuǎn)換效率不高;另一方面,高性能熱電材料的制備成本高。Bi2Te3以及 Sb2Te3基材料是目前室溫附近熱電轉(zhuǎn)換性能最高的熱電材料。近些年,為了提高這類材料的熱電性能

2、,研究者通過摻雜和納米化的方法使得該 Te基熱電材料的性能得到提高。商業(yè)應(yīng)用的 Te基熱電材料主要采用熔煉法制備,但是這種制備工藝需要高溫和長時間,所以成本高。水熱合成作為一種低成本的制備方法已經(jīng)被廣泛研究,但是水熱法合成的 Te基熱電材料的性能不穩(wěn)定,ZT值變化較大?;谏鲜鲈颍疚耐ㄟ^系統(tǒng)的粉體合成和燒結(jié)工藝研究,目標是尋找一種穩(wěn)定的、低成本的 Te基熱電材料的制備方法,為 Te基熱電材料器件的大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。主要研究工作如下

3、:
 ?。?)首先用水熱法成功合成 Bi2Te3粉體,分別采用 XRD、FE-SEM等分析技術(shù)表征合成粉體的物相和形貌,然后將合成的 Bi2Te3粉體進行 SPS燒結(jié)制備塊體材料,最后進行熱電性能研究。詳細研究了粉體的合成條件(反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間)、SPS燒結(jié)制度(燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間和保溫時間)和退火處理對塊體 Bi2Te3熱電性能的影響。研究結(jié)果表明:Bi2Te3粉體的最佳合成溫度是200℃、合成時間是12h;最佳的 SPS燒結(jié)

4、溫度為350℃、保溫時間為6min,在測量溫度范圍在300K-350K時最佳的燒結(jié)壓力為80MPa。同時探究在不同的退火條件下 Bi2Te3塊體的熱電性能。結(jié)果分析表明,將水熱合成的 Bi2Te3粉體用真空管式爐在 Ar/H2氣氛中400℃進行熱處理4h后,電導(dǎo)率明顯提高,熱導(dǎo)率也略有提高,最終 ZT值在測試溫度為400K時達到最大值為0.38。
 ?。?)同樣采用水熱法合成了 Sb2Te3粉體,分別采用 XRD、FE-SEM等分

5、析技術(shù)表征合成粉體的物相和形貌,然后將合成的 Sb2Te3粉體進行 SPS燒結(jié)制備塊體材料,最后進行熱電性能研究。詳細研究了粉體的合成條件(反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間)、SPS燒結(jié)制度(燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間和保溫時間)和退火處理對塊體 Sb2Te3熱電性能的影響。研究結(jié)果表明:Sb2Te3粉體的最佳合成溫度是200℃、合成時間是12h;最佳的 SPS燒結(jié)制度為360℃、保溫時間為6min,在測量溫度范圍在300K-400K時最佳的燒結(jié)壓力為80M

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