收藏本站
收藏 | 论文排版

Bi_2Se_3基热电化合物的化学法制备及热电性能研究

王娟  
【摘要】: A2Ⅴ-B3Ⅵ(A=Bi、Sb, B=Te、Se)族化合物及其合金,是目前在室温附近性能最好,并且广泛应用于热电制冷领域的一类化合物,但是其商业化应用块体材料的ZT值一直徘徊在1.0左右,制约了其热电转换效率的进一步提高。近年来有关材料低维化可以提高热电优值的报道不断涌现,通过减小晶粒尺寸,可以有效的增加材料的晶界浓度,改变材料的能带结构,增加对载流子和声子的散射,提高Seebeck系数,降低热导率,从而提高材料整体的ZT值。因此我们期望探寻能够快速、可控、批量的制备纯净纳米粉体的方法,用于满足生产商业化热电制冷器件的需求。 本文以Bi2Se3基热电化合物作为研究重点,分别采用溶剂热法和低温湿化学法合成了Bi2Se3纳米粉体,重点探讨了制备工艺参数对合成产物相组成和微结构的影响规律,并讨论了反应机理;同时结合放电等离子烧结技术制备了块体Bi2Se3基化合物,并初步研究其热电性能。 采用溶剂热法合成Bi2Se3纳米粉体的过程中,系统的研究了不同的起始反应原料、不同的混合溶剂及其配比、不同的反应温度与时间、碱性调节剂的含量以及选择不同的表面活性剂等制备工艺参数对合成产物相组成和微结构的影响,得出最佳工艺参数为:以Bi(NO3)3·5H2O和Se单质作为起始原料,选择乙二醇与水为1:1混合溶液作为溶剂,设定反应温度为180℃,时间为24h,碱的浓度为0.25mol/L,表面活性剂PVP含量为1.0g。采用该工艺制备的单相的Bi2Se3,颗粒尺寸大约在30nm左右,分散均匀。对反应原理进行了探讨,认为反应过程中同时存在离子和原子反应机制。采用合成的粉体探索了烧结压力与温度对块体致密度的影响,确定最佳烧结工艺制度为:500℃,保温5min,升温速率50℃/min,烧结压力为35MPa,得到块体的相对密度达到90%;烧结后块体仍为单相,且无明显的孔洞,晶粒尺寸在100nm左右,与粉体粒径相比明显增大。样品的ZT值在550K时达到最大值0.3。 选择了Te元素进行掺杂,在优化了的二元Bi2Se3制备工艺基础上,进一步探索了三元Bi2Se2Te的合成工艺,在乙二醇与水为1:1的混合溶剂中,碱的浓度为0.25mol/L,添加1.0g表面活性剂PVP,在200℃反应36h可以合成单相Bi2Se2Te纳米粉体,颗粒尺寸约为30nm,且分散均匀,并采用SPS烧结技术制备了单相Bi2Se2Te块体,断面场发射扫描照片中没有观察到明显的孔洞,且块体的相对密度达到90%,其ZT值在550K时达到最大值0.4,与二元未掺杂样品相比提高30%。 采用无还原剂一步湿化学反应快速合成了具有高度取向的超薄六边形Bi2Se3纳米片,系统的研究了反应温度与时间、pH值、络合剂种类及其含量、干燥方式以及磁力搅拌与超声等制备工艺参数对合成产物相组成和微结构的影响,得出最佳工艺参数为:采用磁力搅拌30min,在pH=10的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液中添加0.5g络合剂EDTA,然后加入Na2SeSO3,在85℃反应6h,将得到的产物进行冷冻干燥。采用该工艺制备的单相的Bi2Se3为形状规则的六边形单晶纳米片,片的边长大约在100-200nm左右,厚度约20nm,且分散均匀。初步探索了反应机制,并认为在不添加任何还原剂的情况下,该反应过程属于离子反应机制。即在反应溶液中Se2-离子定向吸附在六元环状的Bi[EDTA]+螯合物表面,非均匀成核,并以此作为软模板,定向排列,依据取向连接机制,进一步成核长大,最终生长成为六边形单晶纳米片。低温湿化学法制备的二元Bi2Se3块体的ZT值在475K时最高为0.3,与溶剂热法制备的样品的热电性能相比没有明显的提高,且两种方法制备的块体Bi2Se3的热电性能都稳定在0.3左右。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 赵然;沈丽;张忻;路清梅;郭福;;放电等离子烧结制备Si_(80)Ge_(20)B_(0.6)合金及其热电性能[J];功能材料;2011年S3期
2 汪元元;蔡克峰;姚熹;;同步合成硒化银-聚苯胺纳米核壳结构及其热电性能[J];稀有金属材料与工程;2011年S1期
3 段兴凯;江跃珍;宗崇文;侯文龙;;退火温度对Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)薄膜的微结构及热电性能的影响[J];材料科学与工程学报;2011年04期
4 秦臻;杜永;蔡克峰;;溶剂热结合热压法制备Sn_xCo_4Sb_(12)化合物的热电性能(英文)[J];稀有金属材料与工程;2011年S1期
5 闫伟;江莞;王连军;张青红;李耀刚;王宏志;;n型Bi_2Te_3块体材料的放电等离子烧结及其性能研究[J];硅酸盐通报;2011年03期
6 任攀;葛庆艳;徐桂英;;BaCl_2对热压Bi_xSb_(2-x)Te_ySe_(3-y)基材料热电性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2011年S1期
7 江跃珍;段兴凯;宗崇文;侯文龙;;Sn掺杂Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)薄膜材料的微结构及热电性能研究[J];热加工工艺;2011年12期
8 杜保立;李涵;唐新峰;;Na/Se掺杂p-型AgSbTe_2化合物热电性能研究[J];无机材料学报;2011年07期
9 石勇军;路清梅;张忻;张久兴;;高锰硅热电材料的微观结构及电热输运性能[J];无机材料学报;2011年07期
10 操齐高;马光;郑晶;贾志华;姜婷;;Zintl结构化学在热电材料研究中的应用[J];电子元件与材料;2011年07期
11 韩领;蒋阳;蓝新正;秦凯旋;丁夏楠;仲洪海;余大斌;;纳米颗粒Ag_2Te掺杂p-(Ag_2Te)_x(Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3)_(1-x)的快速热压制备和热电性能表征[J];粉末冶金工业;2011年04期
12 周书才;白晨光;;Mg_(2)Si的微波固相合成及其热电性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年08期
13 ;填充方钴矿热电材料的研究进展[J];科学通报;2011年19期
14 顾捷;栾伟玲;曹懿;徐宏;;TiO_2/β-Zn_4Sb_3复合热电材料的制备及性能[J];华东理工大学学报(自然科学版);2011年04期
15 王丽七;孟庆森;陈瑞雪;樊文浩;;Mg_2Si基热电材料的稀土掺杂优化[J];功能材料;2011年S3期
16 黄德冰;李广;王丽华;何灏;张星;岳廷;;六角形Bi_2Te_3纳米片的溶剂热合成及其形貌表征[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年04期
17 陈平宇;李智东;郭捷;赵昆渝;段云彪;黄航;;Bi系Co基氧化物热电材料制备及结构替代研究[J];功能材料与器件学报;2011年03期
18 ;掺杂稀土让热电材料转换率提高25%[J];技术与市场;2011年09期
19 陈舜青;孟广耀;;热电势预测硬质合金刀片寿命的研究[J];硬质合金;2011年04期
20 ;掺杂稀土能让热电材料转换率提高25%[J];稀土信息;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘果;路清梅;张忻;张久兴;;高锰硅材料的原位反应合成及热电性能[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
2 徐桂英;;具有量子效应的多空硅片的热电性能[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
3 邓乐;马红安;宿太超;郑世钊;郭鑫;贾晓鹏;;不同压力下合成的Co4Sb12-xTex的热电性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 樊文浩;;Y掺杂的Mg_2Si热电性能的实验与理论研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
5 蒋俊;李亚丽;许高杰;崔平;陈立东;王刚;;N型Bi_2(Te_(1-x),Se_x)_3区熔晶体的热电性能[A];第14届全国晶体生长与材料学术会议论文集[C];2006年
6 周燕飞;李小亚;陈立东;;在微重力条件下生长n-型Bi_2Te_3基晶体的低温热电性能的研究[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
7 闵新民;邢学玲;朱磊;;Mg_2Si与掺杂系列的电子结构与热电性能研究[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
8 刘雅言;彭国梁;王给祥;王宏宇;高虹;李绍忠;盛桂云;;辐照PVDF的ESR研究[A];第八届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];1994年
9 孙毅;王春雷;苏文斌;;烧结温度对La0.1Sr0.9TiO3陶瓷热电性能的影响[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
10 潘雄;邓世平;郭卫民;张平;;工艺参数对报警热电偶热电性能的影响[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
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王善禹;应用于400-650K热电发电的p型和n型材料的制备及热电性能[D];武汉理工大学;2012年
2 王晓琳;Bi_2Te_3体系的材料制备、晶体结构及热电性能[D];武汉理工大学;2010年
3 柳伟;掺杂结合能带结构调控优化n型Mg_2Si_(1-x)Sn_x基材料热电性能的研究[D];武汉理工大学;2012年
4 周安;填充方钴矿热电性能优化及机理的第一性原理研究[D];武汉理工大学;2011年
5 王洪超;钙钛矿氧化物热电性能的研究[D];山东大学;2011年
6 路朋献;CoSb_3基方钴矿材料的热电性能研究[D];郑州大学;2011年
7 刘科高;MA-SPS制备CoSb_3和RE_xCo_4Sb_(12)的热电性能及其机理研究[D];北京工业大学;2004年
8 张建军;CoSb_3及Li填充CoSb_3化合物的高压合成及热电性能研究[D];燕山大学;2011年
9 姜洪义;Mg-Si基化合物的固相反应合成、材料制备及其热电性能研究[D];武汉理工大学;2003年
10 曲秀荣;β-FeSi2和ZnO及其复合陶瓷材料的制备与热电性能[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王娟;Bi_2Se_3基热电化合物的化学法制备及热电性能研究[D];武汉理工大学;2010年
2 赵晴;Bi_2Te_3及其与聚苯胺复合材料的制备及热电性能研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 陈升礼;Ca_3Co_2O_6热电材料的合成,结构和性能研究[D];武汉理工大学;2002年
4 谭刚健;Ni取代铁基p型填充方钴矿的制备与热电性能研究[D];武汉理工大学;2011年
5 郭全胜;p型填充式方钴矿/GaSb纳米复合材料的制备及热电性能研究[D];武汉理工大学;2011年
6 宋波;p型填充式纳米方钴矿化合物的制备及热电性能的研究[D];武汉理工大学;2005年
7 贾坤;掺杂Sm~(3+)和Sr~(2+)的CaMnO_3的制备及热电性能研究[D];长春理工大学;2010年
8 张文浩;AgSbTe_2化合物的机械合金化制备与热电性能研究[D];武汉理工大学;2010年
9 周龙;In和Ce双掺n型Skutterudite化合物的合成及其热电性能研究[D];武汉理工大学;2011年
10 刘琼珍;Mg_2Si_(1-x)Ge_x的电子结构、材料制备及热电性能[D];武汉理工大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 郝钢;我国科学家合成世界首例单晶碲化物纳米带[N];中国有色金属报;2007年
2 柏林记者 张兆军;我合成首例单晶碲化物纳米带[N];科技日报;2007年
3 柏林兆军;我科学家合成世界首例单晶碲化物纳米带[N];科技日报;2007年
4 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
5 常丽君;半赫斯勒热电材料性能显著提高[N];科技日报;2011年
6 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
 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