納米Bi-,2-Te-,3-基熱電材料的低溫濕化學(xué)合成及表征.pdf

1、熱電材料是一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的功能材料，在溫差發(fā)電和熱電制冷等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。Bi2Te3基化合物的最高無量綱熱電優(yōu)值ZT接近于1，是目前室溫附近應(yīng)用的最好的熱電材料。制備納米和低維的熱電材料有助于提高材料的熱電性能。 本文采用了一種新的低溫濕化學(xué)合成方法，合成得到了Bi2Te3納米粉末。相對于水熱溶劑熱合成，這種低溫濕化學(xué)的方法在敞開體系下進(jìn)行，反應(yīng)過程大大簡化。應(yīng)用XRD、TEM、SE

2、M等手段對合成粉末進(jìn)行了物相成分和微觀形貌結(jié)構(gòu)的分析；實(shí)驗(yàn)研究和具體討論了Bi2Te3水熱合成過程中的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和形核長大機(jī)制。最后采用真空熱壓技術(shù)，對部分Bi2Te3基合金納米粉末進(jìn)行熱壓，并測試了其熱電性能。本文主要取得以下研究結(jié)果： 1.采用低溫濕化學(xué)合成方法，以BiCl3、Te粉或碲化合物為反應(yīng)前驅(qū)體，在50～60℃合成得到了Bi2Te3納米粉末。通過對溶液pH值和顏色以及粉末結(jié)構(gòu)的原位分析，并通過一系列對比實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)物

3、的物相分析，研究了低溫濕化學(xué)Bi2Te3納米粉末合成過程中的化學(xué)和物理反應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明，堿性添加劑對合成Bi2Te3是必要的。 2.在添加乙二胺四乙酸二鈉(EDTA)的情況下，首次制備了具有中空結(jié)構(gòu)膠囊狀的Bi2Te3納米粉末。這些納米膠囊的直徑為50～200nm，長度約為100～800nm。高分辨電鏡觀察下，可以看出納米膠囊的壁厚約為6nm，垂直于Bi2Te3晶格的c軸方向。討論了堿性條件下EDTA在Bi2Te3納米膠囊形成

4、過程中的軟模板作用。 3.在添加十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)的情況下，制備得到了Bi2Te3納米線。直徑為50～100nm，長度約為0.5～2μm。從Bi2Te3納米線上的電子衍射照片上分析得出，納米線平行于Bi2Te3晶體結(jié)構(gòu)的c軸方向。這種納米線的生長機(jī)制取決于Te在反應(yīng)過程中的膠體轉(zhuǎn)變過程，同時(shí)SDBS通過對Bi2Te3晶核的吸附，起到了空間位阻的作用，使得Bi2Te3納米顆粒可以沿一定取向生長。 4.使用Na2T