分級結構硒化鉍的合成及其電輸運性能研究.pdf

1、熱電材料是可以直接實現(xiàn)熱能和電能互換的一類材料，具有許多許多傳統(tǒng)發(fā)電和制冷技術所不具備的優(yōu)點。在能源和環(huán)境問題日益嚴重的今天，作為一種非常有前途的功能材料而受到廣泛重視。然而限于當今理論和技術水平，熱電材料的性能一直未能獲得突破性進展，因而限制了材料的廣泛應用。研究者試圖通過各種方法來提高材料的熱電性能。低維化和復雜納米結構是有望提高材料熱電性能的比較有前途的方法，并已在實驗中得到了驗證。此外，限制熱電材料另一個重要原因便是材料的合成過

2、程復雜，產量較低，無法規(guī)?；Ｍ瑫r在材料的合成過程中經常使用對人體和環(huán)境具有較大毒害的物質，使得在環(huán)保日益受到重視的今天，迫切需要綠色、環(huán)保、高效、規(guī)?；暮铣煞椒?，以克服材料難以規(guī)?；铣傻钠款i。故此本文選擇高效、節(jié)能和環(huán)保的微波法為合成方法，選用乙二醇為溶劑，通過添加不同的天然產物或其衍生物來構筑具有不同納米結構的Bi2Se3。通過對不同反應因素的研究，揭示了不同納米結構Bi2Se3的形成機理。并研究了不同納米結構對產物電輸運性能的

3、影響。
　　在無表面活性劑條件下，以微波法在60秒內合成了超薄 Bi2Se3納米片。對影響產物最終形貌的多種因素進行了研究，發(fā)現(xiàn)超Bi2Se3納米片的形成機理是以離子反應機理為主。通過比較不同反應條件下合成單個樣品的能耗，發(fā)現(xiàn)當微波輻射功率為0.3 KW、反應時間小于25 min時，微波法要比傳統(tǒng)的加熱方法節(jié)能。同時比較了1 min和10 min所合成Bi2Se3納米片的電輸運性能，發(fā)現(xiàn)1 min所合成Bi2Se3納米片的功率因子

4、為157μW m-1 K-2，大于10 min所合成Bi2Se3納米片145μW m-1 K-2的值。
　　以天然產物可溶性淀粉為表面活性劑，抗壞血酸為還原劑，通過微波兩步法合成了分級結構Bi2Se3微米棒。對分級結構Bi2Se3微米棒的形貌和微觀結構表征，發(fā)現(xiàn)Bi2Se3微米棒是由許多納米晶構成。對影響微米棒形成的各因素進行了研究，提出了微米棒的形成機理為自犧牲模板機理。電輸運性能測試發(fā)現(xiàn)，樣品在523 K時的功率因子為92μW

5、 m-1 K-2。
　　以天然成產物纖維素的衍生物羧甲基纖維素鈉為表面活性劑，采用微波法合成了堆疊層數可控的分級結構 Bi2Se3疊片。研究了KOH的量、表面活性劑的量和表面活性劑的粘度對產物形貌的影響，提出了分級結構Bi2Se3疊片的形成機理為表面活性劑誘導的自組裝機理。電輸運性能測試發(fā)現(xiàn)，由于能量過濾效應，以粘度為300-800 mPa s的羧甲基纖維素鈉為表面活性劑所合成樣品的功率因子最高，可達179μW m-1 K-2。相

6、比于單層Bi2Se3納米片的功率因子提高了14％。
　　在無表面活性劑條件下，以微波法合成了不同Te摻雜量的Bi2Se3納米片。研究了壓力和微波燒結時間等工藝參數對Bi2Se3納米片微觀結構和常溫電輸運性能的影響，發(fā)現(xiàn)20 MPa壓力和6 s燒結時間的組合為最優(yōu)條件。電輸運性能測試發(fā)現(xiàn)，摻雜后的樣品的功率因子在整個測試溫度范圍均高于未摻雜樣品。功率因子最大時Te的摻雜量為x=0.3，可達178μW m-1 K-2，超過此量，功率因

7、子則有所降低。
　　以L-半胱氨酸為硫源和還原劑，酒石酸鈉為表面活性劑，采用微波兩步法合成了分級結構 Bi2(Se,S)3微米球。研究了不同反應階段及不同 L-半胱氨酸量和酒石酸鈉量對產物形貌的影響，提出了分級結構 Bi2(Se,S)3微米球的形成機理為陰離子交換機理。同時發(fā)現(xiàn)L-半胱氨酸和酒石酸鈉的量對陰離子交換過程有重要影響。電輸運性能測試發(fā)現(xiàn)，分級結構 Bi2(Se,S)3微米球在523 K時的功率因子為45μW m-1 K