P型Bi2Te3基制冷晶棒加工廢料的資源化處理與熱電性能優(yōu)化.pdf

1、熱電材料是一種能實現(xiàn)熱能與電能的直接相互轉化的功能材料，在熱電制冷及溫差發(fā)電領域有著廣闊的應用前景。針對目前半導體制冷行業(yè)Bi2Te3基熱電材料加工過程中廢品率高的現(xiàn)狀，以及傳統(tǒng)廢料回收工藝環(huán)境不友好、工藝復雜、周期長和成本高的缺陷，本文提出了整體回收P型Bi2Te3基制冷晶棒加工廢料的新工藝，通過洗滌、炭化、熔煉等過程成功去除了廢料中的雜質，隨后通過摻雜、通電加壓燒結制備了性能良好的塊體熱電材料。另外，Bi2Te3基合金作為室溫附近性

2、能最優(yōu)的體系已在熱電制冷領域有了較為廣泛的應用，但在溫差發(fā)電領域的應用卻相對滯后。本文在最后一章利用能帶理論，研究了不同銻摻雜量下Bi2Te3基熱電材料的電熱輸運性能及其熱電優(yōu)值(ZT)隨溫度的變化規(guī)律，優(yōu)化了P型Bi2Te3基合金在高溫區(qū)的熱電性能，得到了如下結果:
　　1)對P型Bi2Te3基制冷晶棒切割廢碎片，經過簡單的超聲波洗滌及熔煉過程即可獲得雜質少的Bi2Te3基合金棒。經過成分調整，樣品在整個溫區(qū)的綜合性能可明顯提高

3、。Bi0.36Sb1.64Te3、 Bi0.4Sb1.6Te3及Bi0.44Sb1.56Te3在整個溫度區(qū)間內的ZT值均可達到1.0附近，其中Bi0.36Sb1.64Te3樣品在420K的最大ZT值可達1.21。廢碎片的收得率超過了98％。
　　2)對于P、N型混合的Bi2Te3基制冷晶棒切割廢粒子，采用超聲波洗滌、氫還原、一次熔煉及二次熔煉等工藝，可有效去除以合金氧化物、SiO2為主的雜質，獲得的Bi2Te3基合金棒雜質含量低。

4、成分調整后，樣品由N型導電改性為P型導電，其中Bi0.36Sb1.64Te3及Bi0.4Sb1.6Te3樣品在室溫下的電導率均超過了1000S·cm-1，功率因子達到了4.0以上。廢粒子的收得率達到了97.02％。
　　3)對于Bi2Te3基制冷晶棒切割廢粉料，采用真空煅燒可去除切割液油污和部分銻氧化物等雜質，一次熔煉及二次熔煉可進一步提高Bi2Te3基合金的純度。經過成分調整及通電加壓燒結獲得的P型塊體材料的熱電性能優(yōu)異，其中名

5、義成分為Bi0.36Sb1.64Te3的樣品在350K時的ZT值達到了1.23。廢粉料的收得率為85.73％。
　　4)通過調節(jié)Sb摻雜量，提高了Bi2-xSbxTe3塊體的能帶寬度及本征激發(fā)溫度。Sb含量越高，本征激發(fā)溫度越高，電導率隨溫度下降的速率越快，Seebeck系數(shù)的最大值也相應出現(xiàn)在更高的溫度;同時，雙極擴散熱導率對總熱導率的貢獻也越小，最終，ZT峰值也被推到了更高的溫度。其中樣品Bi0.44Sb1.56Te3在340