Te基熱電材料的制備及性能研究.pdf

1、熱電材料是一種能實(shí)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(zhǎng)、體積小等優(yōu)點(diǎn)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(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。主要原因在于兩個(gè)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(guò)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(zhǎng)時(shí)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?，本文通過(guò)系統(tǒng)的粉體合成和燒結(jié)工藝研究，目標(biāo)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(jìn)行 SPS燒結(jié)制備塊體材料，最后進(jìn)行熱電性能研究。詳細(xì)研究了粉體的合成條件（反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間）、SPS燒結(jié)制度（燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間和保溫時(shí)間）和退火處理對(duì)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(shí)間是12h；最佳的 SPS燒結(jié)

4、溫度為350℃、保溫時(shí)間為6min，在測(cè)量溫度范圍在300K-350K時(shí)最佳的燒結(jié)壓力為80MPa。同時(shí)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(jìn)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(cè)試溫度為400K時(shí)達(dá)到最大值為0.38。
　　（2）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(jìn)行 SPS燒結(jié)制備塊體材料，最后進(jìn)行熱電性能研究。詳細(xì)研究了粉體的合成條件（反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間）、SPS燒結(jié)制度（燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間和保溫時(shí)間）和退火處理對(duì)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(shí)間是12h；最佳的 SPS燒結(jié)制度為360℃、保溫時(shí)間為6min，在測(cè)量溫度范圍在300K-400K時(shí)最佳的燒結(jié)壓力為80M