液相法合成PbTe合金及其性能研究.pdf

1、PbTe晶體是一種典型的半導(dǎo)體材料,可以用于中溫?zé)犭娖骷?。PbTe的晶胞結(jié)構(gòu)為NaCl結(jié)構(gòu),具有相對(duì)較高的熔點(diǎn)和較大的禁帶寬度,其適用的溫度范圍為300～900K,具有良好的熱穩(wěn)定性和各向同性,熱電優(yōu)值因子也比較高,因此應(yīng)用前景非常廣闊。
　　為了進(jìn)一步提高PbTe的熱電性能,納米化是一個(gè)近期發(fā)展的方向。除了制備量子點(diǎn)、納米線、薄膜、超晶格等低維結(jié)構(gòu)的材料,利用納米粉末制備塊體納米結(jié)構(gòu)復(fù)合物也是一種很有前景的低成本制備方法。這種

2、方法的前提是要合成出微納米級(jí)的PbTe粉末。傳統(tǒng)的PbTe合成方法為固相法,例如應(yīng)用高能球磨技術(shù)等。這些方法除了成本較高,制備周期也較長(zhǎng)。
　　因此,本文探索了液相法合成PbTe的工藝,在室溫下利用溶膠凝膠法、復(fù)合堿媒介法、水熱法等3種液相法均制備出了單相的PbTe粉末,初始粒徑均控制在100～150nm范圍內(nèi)。溶膠凝膠法合成PbTe時(shí)可以異丙醇作為絡(luò)合劑,利用復(fù)合堿法合成PbTe時(shí),加入還原劑抗壞血酸后可以消除雜相。水熱法既可以

3、減少溶膠凝膠法中有機(jī)絡(luò)合劑的使用,又無(wú)需加入大量的無(wú)機(jī)強(qiáng)堿,因此可以降低成本。
　　本課題還研究了利用水熱法合成PbTe時(shí),OH-濃度、有機(jī)還原劑和活性劑的添加、反應(yīng)溫度和保溫時(shí)間等參數(shù)對(duì)于產(chǎn)物的影響。結(jié)果表明,添加NaOH和有機(jī)還原劑是水熱反應(yīng)合成單相PbTe時(shí)所必需的。除了保證成相,這兩種條件還能改變顆粒的微觀形貌。使用抗壞血酸(VC)作為還原劑,生成的PbTe顆粒中存在大量的絮狀晶體,而使用焦性沒(méi)食子酸能合成具有規(guī)則的棒狀結(jié)

4、構(gòu)的PbTe晶體,長(zhǎng)度為3～5μm,直徑為0.5μm左右。加入有機(jī)活性劑可以對(duì)顆粒的形貌進(jìn)行控制,例如加入CTAB可以生成立方體晶粒,但仍存在絮狀微小顆粒,而使用PVP作為活性劑時(shí),晶粒形狀更加規(guī)則,棱角分明,幾乎不再出現(xiàn)絮狀物。水熱法合成PbTe時(shí),溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于晶粒生成的均勻性,180℃左右時(shí)晶粒的均勻性較好,隨著恒溫時(shí)間的延長(zhǎng),顆粒的均勻性有所改善。
　　Se的摻入改變了PbSe1-xTex(x=0,0.2,0.5,

5、0.7,0.8,1.0)的電阻率和賽貝克系數(shù)。其中,PbSe0.5Te0.5的賽貝克系數(shù)的絕對(duì)值較大,最終得到了最大的功率因子,說(shuō)明摻雜部分Se后,也可以提高PbTe的電性能。同時(shí),利用Se進(jìn)行摻雜后,產(chǎn)生的晶格畸變可以降低PbTe的熱導(dǎo)率。500K時(shí),PbSe0.5Te0.5的ZT為0.68,是該系列合金中的最好結(jié)果。如果改善成型工藝,有望將ZT值進(jìn)一步提高。
　　冷壓燒結(jié)的塊體PbTe及PbSe1-xTex均存在偏析現(xiàn)象,這使