Cu2CdSnSe4化合物的合成及熱電性能研究.pdf

1、世界經(jīng)濟的現(xiàn)代化給人們的生活帶來了極大的便利，而在經(jīng)濟的迅猛發(fā)展之下，能源危機與環(huán)境污染問題日益嚴重。因此，尋找環(huán)境友好型的清潔能源以及提高能源利用率至關(guān)重要。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)能實現(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)換，提高熱電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素是尋找具有高轉(zhuǎn)換效率的熱電材料。四元硫?qū)倩衔顲u2CdSnSe4具有多樣化的成鍵方式和復雜的晶體結(jié)構(gòu)，是一族組成豐富的p型半導體材料，備受廣大研究學者的關(guān)注。它是由II-VI族化合物衍生而來，在八電子規(guī)則的框架下

2、，用I和III族原子替換II族原子可形成I-III-VI2化合物；將上述三元化合物中的III族原子用II和IV族原子替換后，可以得到常見的、以低能量形式存在的四元閃鋅礦結(jié)構(gòu)化合物。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部很容易產(chǎn)生由陽離子無序引起的缺陷，且四方閃鋅礦結(jié)構(gòu)中原子鍵長的不同造成了晶體結(jié)構(gòu)的高度扭曲，使材料具有本征的低熱導率。采用膠體合成法制備的單分散納米晶對材料的電熱輸運過程有著很深地影響，一方面可以進一步降低材料的晶格熱導率，另一方面可以提高電輸運性

3、能。此方法對高性能熱電材料的設(shè)計具有重要的意義。因此，本文以四元硫?qū)倩衔顲u2CdSnSe4為研究對象，采用新穎的制備工藝膠體合成法結(jié)合放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)，制備單分散的納米晶顆粒，并實現(xiàn)了非原位Cu2CdSnSe4納米顆粒的復合，有效地改善了材料的電熱輸運性能，最終優(yōu)化了其熱電性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過膠體合成法（濕化學法）制備單分散 Cu2CdSnSe4納米晶，并結(jié)合了放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)，研究了

4、在寬帶系半導體材料中引入納米結(jié)構(gòu)對其熱電性能的影響。與傳統(tǒng)的固相反應相比，在膠體合成的過程中引入了適當?shù)你~摻雜提高電導率，并點缺陷的引入抑制了晶格熱導率的增加。熱電優(yōu)值ZT在745 K時達到了0.62，同傳統(tǒng)固相合成的多晶塊材相比ZT值提高了73％。這表明濕化學法合成的Cu2CdSnSe4納米材料在中溫區(qū)熱電領(lǐng)域有著重要的研究意義和潛在的應用價值。⑵通過膠體合成法用Ag等電子替換Cu制備了硫?qū)倩衔顲u2-xAgxCdSnSe4納米晶。

5、Cu2-xAgxCdSnSe4納米晶分散均勻，粒徑大小分布在30-50 nm之間。在SPS燒結(jié)過后的樣品晶面和晶界中，可以發(fā)現(xiàn)無定型納米晶。通過高倍TEM圖像觀察到了在有序閃鋅礦結(jié)構(gòu)中嵌入了一些無序閃鋅礦結(jié)構(gòu)。此外，相比于母體， Cu2-xAgxCdSnSe4固溶體的 Seebeck系數(shù)顯著提升，同時晶格熱導率得到了大幅度地降低。當x=0.3時，熱電優(yōu)值ZT在688 K時可達到0.8。⑶膠體合成法制備單分散的 Cu2CdSnSe4納米晶