碲化鉛基塊體納米材料的制備及其熱電性能研究.pdf

1、隨著煤、石油和天然氣三大能源可用量的日益減少，人們對電能需求的日益增加，同時考慮到傳統(tǒng)能源燃燒向環(huán)境中排放的二氧化碳等氣體對環(huán)境的影響，可以把熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的熱電材料就越來越受到人們的關(guān)注。元素摻雜和納米結(jié)構(gòu)化是提高熱電材料 ZT值的主要方法，摻雜可以提高材料的電導(dǎo)率，而納米結(jié)構(gòu)化提高塞貝克系數(shù)的同時也降低材料的熱導(dǎo)率。
　　碲化鉛（PbTe）的禁帶寬度為0.32 eV，是窄禁帶半導(dǎo)體，也是中溫區(qū)（450‐800 K）研究最多

2、、性能最好的熱電材料之一。本論文采用水熱法制備鍶摻雜 PbTe納米粉體，之后用熱壓法把粉體壓制成塊體，研究摻雜濃度和水熱反應(yīng)時間對塊體樣品的熱電性能的影響。本文取得的研究內(nèi)容如下：
　　1.以Pb(NO3)2和Na2TeO3為反應(yīng)前驅(qū)物， NaOH和NaBH4分別為酸堿度調(diào)節(jié)劑和還原劑，用水熱法制備 PbTe納米粉體，并將制備的粉體熱壓成塊體樣品。研究水熱反應(yīng)時間對由粉體熱壓成塊體的 PbTe納米塊體樣品的熱電性能的影響。XRD結(jié)

3、果表明，水熱反應(yīng)時間為8 h時，樣品中有元素Te的峰出現(xiàn)，而延長反應(yīng)時間只有PbTe峰出現(xiàn)，說明8 h時樣品反應(yīng)不充分。樣品的電導(dǎo)率在室溫時隨水熱反應(yīng)時間延長而增大，在450‐700 K溫度區(qū)間內(nèi)隨水熱反應(yīng)時間延長而減小。反應(yīng)時間為12 h樣品的塞貝克系數(shù)在約358 K時達最大值為～429μV/K，比8 h樣品的最大值提高了22％。反應(yīng)時間為10 h的樣品的熱導(dǎo)率最低。在373 K時，反應(yīng)時間為12 h樣品的ZT值是8 h樣品的十倍。<

4、br>　　2.用 Sr(NO3)2為鍶源對 PbTe樣品進行摻雜，同樣用水熱法和熱壓法制備PbTe塊體樣品。研究摻雜量對PbTe塊體樣品熱電性能的影響。結(jié)果表明，電導(dǎo)率隨摻雜濃度的增加而增加，在約450 K時，摻雜量為4 mol%樣品的電導(dǎo)率是未摻雜樣品的四倍多。摻雜量為2 mol%時塞貝克系數(shù)達最大，在約410 K時達到最大值462μV/K，比未摻雜樣品的塞貝克系數(shù)提高了42%。功率因子取最大值的摻雜量為4 mol%，在500 K時達

5、最大值～6.5μWcm-1K-2，約是未摻雜樣品的五倍。摻雜量4 mol%的樣品的熱導(dǎo)率最低。ZT值取最大值的摻雜量為4 mol%，在673 K達約0.41，比未摻雜樣品提高了30%以上。
　　3.研究在摻雜量相同的時候，水熱反應(yīng)時間對PbTe塊體樣品熱電性能的影響。對摻雜量為2 mol%和4 mol%的PbTe分別研究發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率均是隨反應(yīng)時間增加而先增加后降低，但是，電導(dǎo)率達到最大值的反應(yīng)時間分別為12 h和10 h。摻雜量為

6、2 mol%樣品的塞貝克系數(shù)在水熱反應(yīng)時間為10 h時達最大值，摻雜量為4 mol%樣品的塞貝克系數(shù)在水熱反應(yīng)為12 h和24 h時在溫度區(qū)間由正值變?yōu)樨撝怠９β室蜃臃謩e在12 h和10 h時達最大值，熱導(dǎo)率分別在8 h和10 h時達最小值。摻雜量為2 mol%樣品的ZT值在反應(yīng)時間為12 h達最大值，在約473 K時是反應(yīng)時間為8 h樣品的近四倍。摻雜量為4 mol%樣品的ZT值在反應(yīng)時間為10 h達最大值，在約673 K時比反應(yīng)時間