收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

BaCu_2Se_2和BiCuSeO热电材料的掺杂及织构化改性

李静  
【摘要】:BaCu_2Se_2和BiCuSeO具有较低的热导率和较高的Seebeck系数,是两种极具应用潜力的p型铜硫族化合物热电材料,但这两种材料电导率较低,导致ZT值较小,因而提高ZT值成为其实际应用的关键。本文主要采用元素掺杂和织构化提高BaCu2Se2和BiCuSeO的电导率,提高ZT值。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、Hall效应测试仪、Seebeck系数/电导率综合测试系统和激光热导仪等研究BaCu_2Se_2中Na掺杂和Ag掺杂以及BiCuSeO中Ba掺杂、S掺杂和热锻织构化对微观组织结构、输运特性和热电性能的影响规律和机制。采用Na和Ag掺杂分别提高BaCu_2Se_2的载流子浓度和迁移率,以提高电导率,提高ZT值。随Na掺杂量增加,Ba1-xNaxCu2Se2的载流子浓度大幅度增大,电导率(σ)显著提高,Seebeck系数(S)减小,导致功率因子(PF=S2σ)先升高后降低,在x=0.075时达到最高,773K时为8.1μWcm-1K-2。随Na掺杂量增加,晶格热导率(κlat)略有降低,电导率的提高使电子热导率(κele)增大,导致总热导率(κtot)增大。根据ZT=(S2σ/κtot)T,ZT值先升高后降低,在x=0.075时达到最大,773K时为1。适量Ag等电位取代BaCu_2Se_2中的Cu提高了载流子迁移率,提高电导率和功率因子,改善其热电性能,使室温ZT值由0.018提高至0.034。采用Ba掺杂提高BiCuSeO的载流子浓度,以提高电导率,提高ZT值。Ba掺杂量增加,Bi1-xBaxCu Se O的载流子浓度大幅度增加,使电导率显著提高,而Seebeck系数减小,导致功率因子在Ba掺杂量为x=0.125时出现峰值,在923K为6.33μWcm-1K-2。电导率的提高使电子热导率增大;同时Bi与Ba的原子质量和离子尺寸波动加重晶格畸变,增强声子散射,使晶格热导率减小,并且κele增加幅度大于κlat,因此总热导率增大。最终,随Ba掺杂量增加,ZT值先升高后降低,x=0.125时ZT值在923K达1.1。Bi1-xBaxCu Se O经923K保温1周后热电性能无变化,呈现出良好的稳定性。在Ba重掺杂改性BiCuSeO基础上,利用其各向异性特点,通过热锻构建织构,提高载流子迁移率,提高电导率(σ=nμe),进一步改善热电性能。随热锻次数增加,垂直于压力方向的载流子迁移率(μ⊥)、电导率(σ⊥)和热导率(κ⊥)升高,而平行于压力方向的对应值均降低。特别指出,Seebeck系数不因热锻次数增加而改变。随热锻次数增加,σ⊥/κ⊥增大,σ∥/κ∥减小,因此三次热锻后ZT⊥值提高,923K时达1.4。采用S掺杂,降低BiCuSeO的成本,同时降低热导率。在x=0~1范围内,Bi Cu Se1-xSxO可形成近纯相固溶体。随着S替代量增加,Bi Cu Se1-xSxO的晶格常数线性减小,符合Vegard定律。第一原理计算表明,在Bi Cu Ch O(Ch=S、Se)中,Cu-Ch键的共价性较强,连接(Bi2O2)2+层与(Cu2Ch2)2-层的Bi-Ch键离子性较强,经S取代Se后,二者的离子性均变强。S部分取代Se时,S与Se离子半径差加重了晶格畸变,增强声子散射,导致热导率明显低于BiCuSeO和Bi Cu SO。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 戴闻;热电材料研究又成热点[J];物理;2000年03期
2 朱文,杨君友,崔昆,张同俊;热电材料在发电和制冷方面的应用前景及研究进展[J];材料科学与工程;2002年04期
3 马秋花,赵昆渝,李智东,刘国玺,葛伟萍;热电材料综述[J];电工材料;2004年01期
4 张丽鹏;于先进;肖晓明;;热电材料的研究进展[J];现代技术陶瓷;2006年03期
5 陈东勇;应鹏展;崔教林;毛立鼎;于磊;;热电材料的研究现状及应用[J];材料导报;2008年S1期
6 高峰;;前景广阔的热电材料[J];太阳能;2008年10期
7 张育生;赵昆渝;李智东;吴东;邹平;;热电材料的研究现状[J];有色金属加工;2008年01期
8 周金金;张文丽;;热电材料的现状及特点[J];河北理工大学学报(自然科学版);2009年02期
9 ;福建物构所新颖热电材料探索研究获重要进展[J];中国材料进展;2009年05期
10 徐国栋;陈哲;严有为;刘德辉;尹懿;文红民;;高优值系数热电材料研究[J];材料导报;2010年03期
11 李翔;周园;任秀峰;年洪恩;王宏宾;;新型热电材料的研究进展[J];电源技术;2012年01期
12 ;美新型热电材料性能跨越重要里程碑[J];电站辅机;2012年04期
13 ;新型热电材料实现迄今最高“热变电”效率[J];功能材料信息;2012年06期
14 ;热电材料[J];金属功能材料;1999年04期
15 徐伟;;寻找最优热电材料[J];百科知识;2014年02期
16 ;高性能热电材料研发获重大进展[J];功能材料信息;2014年01期
17 黄志明;热电材料的未来[J];百科知识;2005年17期
18 杨威;;物理新科技——热电材料简介[J];数理化学习(高中版);2012年07期
19 徐桂英,葛昌纯;热电材料的研究和发展方向[J];材料导报;2000年11期
20 胡淑红,朱铁军,赵新兵,周邦昌,邬震泰;热电材料:古老的课题,新的研究方法[J];功能材料;2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李来风;周敏;;低温热电材料的研究进展及应用展望[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 刘艳春;曾令可;任雪潭;税安泽;王慧;;热电材料的研究现状及展望[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2005学术年会论文专辑[C];2005年
3 朱品文;李璐;杨雪;;高压在热电材料研究中的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 莫基彬;赵鹏飞;霍凤萍;武伟名;徐桂英;;热压制备ErxY14-xFeyMn1-ySb11热电材料及性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
5 ;热电材料[A];2010中国材料研讨会论文摘要集[C];2010年
6 陈柔刚;杨君友;朱文;;氧化物热电材料的研究进展[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
7 杨君友;张建生;朱云峰;刘正来;;多尺度热电材料的性能测试及表征研究进展[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
8 王雷;贾小乐;王大刚;;聚噻吩/碳纳米管复合热电材料的制备与热电性能研究[A];2012年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(上册)[C];2012年
9 张丽娟;张波萍;葛振华;李敬锋;;Bi_2S_3/AgBiS_2复合热电材料的制备及性能研究[A];第十七届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2012年
10 ;热电材料及其应用[A];2009中国材料研讨会会议程序和论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王华栋;典型氧化物及笼合物热电材料的制备及性能研究[D];东北大学;2014年
2 孙海瑞;复合掺杂型CoSb_3基热电材料的高温高压制备及其性能研究[D];吉林大学;2016年
3 李静;BaCu_2Se_2和BiCuSeO热电材料的掺杂及织构化改性[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 孙毅;氧化物热电材料的制备及性能研究[D];山东大学;2012年
5 邱安宁;热电材料晶体结构与微观缺陷相关的特异传输性质[D];上海交通大学;2009年
6 许洁;过渡金属氧化物型热电材料的制备与性能研究[D];长春理工大学;2010年
7 周爱军;环境友好型硅化物和氧化物热电材料的研究[D];浙江大学;2010年
8 汪丽莉;热电材料的第一性原理计算与研究[D];武汉大学;2009年
9 邢学玲;钴酸盐热电材料的制备、性能及量子化学计算[D];武汉理工大学;2006年
10 宿太超;高性能热电材料的高温高压合成研究[D];吉林大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李晓笑;热电材料热性能测量研究[D];内蒙古大学;2015年
2 王震;热电材料参数测量方法的研究[D];山东大学;2015年
3 周竞超;ZnSb基热电材料的组织结构与热电性能[D];哈尔滨工业大学;2015年
4 姬鹏霞;多孔Ca_3Co_4O_9热电材料的稀土掺杂及性能研究[D];新疆大学;2015年
5 郭亚博;热电材料热冲击阻力性能的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
6 晒旭霞;β-Zn_4Sb_3单晶热电材料的制备、热稳定性及电传输特性研究[D];云南师范大学;2015年
7 魏洪月;具有低热导率热电材料的第一性原理研究[D];杭州电子科技大学;2015年
8 李帆;PbSe热电材料的制备与性能优化[D];南华大学;2014年
9 宋子珺;P型Bi_2Te_3基复合热电材料的制备及其性能研究[D];东华大学;2016年
10 张浩;热电模块接头的界面连接工艺及可靠性研究[D];天津大学;2014年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;热电材料及其应用[N];科技日报;2004年
2 汪海;华东师大取得热电材料研究新进展[N];上海科技报;2009年
3 记者 刘霞;掺杂稀土让热电材料转换率提高25%[N];科技日报;2011年
4 王小龙;新型热电材料可将汽车废热转为电能[N];科技日报;2011年
5 本报记者 何屹;微波技术可低成本制备热电材料[N];科技日报;2011年
6 华凌;创新型热电材料转换效率创世界纪录[N];科技日报;2012年
7 张小明;神奇的热电材料[N];中国知识产权报;2001年
8 本报记者 薛飞;“热变电”时代或将不再是传说[N];中国知识产权报;2012年
9 英国诺丁汉大学地理系博士 康夫;太阳能新出路[N];第一财经日报;2011年
10 任红轩;纳米热电材料获重大突破[N];中国矿业报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978