Bi2Te3基納米合金熱電材料的液相法制備及性能研究.pdf

1、熱電材料是一種能將熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的功能材料，在熱電制冷和溫差發(fā)電等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)Bi2Te3基合金熱電優(yōu)值ZT在1左右，是目前室溫附近性能最好的熱電材料之一。隨著有關(guān)在低維納米材料中獲得高熱電性能報(bào)道的不斷出現(xiàn)，將材料顆粒納米化、低維化，能夠有效增加對(duì)載流子和聲子散射，提高Seebeck系數(shù)，降低熱導(dǎo)率，提高熱電優(yōu)值。本文采用改進(jìn)的液相法制備了La-Se、Fe-Se系Bi2Te3基三元、四元納米合金，并

2、對(duì)材料的制備工藝、相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、能帶結(jié)構(gòu)以及熱電性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　以M(NO3)3(M=Bi、La、Fe)、Te粉為初始原料，NaBH4和H4N2·H2O為還原劑，采用改進(jìn)的溶劑熱（水熱）分別制備了Bi2Te3基三元、四元納米合金。XRD及晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算表明：摻雜La（Fe）元素能使Bi2Te3原有晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯畸變，導(dǎo)致XRD衍射峰向低或高角度發(fā)生偏移，相應(yīng)的晶格常數(shù)a呈減?。ㄔ鲩L(zhǎng)）、c呈增長(zhǎng)（減小）趨勢(shì)，晶胞體積增

3、大（減小）。SEM、TEM結(jié)果顯示：溶劑熱合成的Bi2Te3顆粒主要為直徑在30~80nm，長(zhǎng)度約0.5~1μm的納米棒和直徑在20~50nm的納米薄片，而水熱合成Bi2Te3的顆粒大小均勻，主要為直徑在50~100nm，長(zhǎng)度在100~500nm左右的單晶納米短棒；加入陰離子添加劑（EDTA、SDS）的顆粒為納米棒和納米薄片，加入陽(yáng)離子添加劑（CTAB）顆粒為納米薄片；摻La時(shí)，試樣微觀形貌變化顯著，主要為50nm以下的片狀顆粒，隨摻雜

4、量增加顆粒呈減小趨勢(shì)；摻Fe時(shí)，微觀形貌幾乎不變，主要為納米棒和納米片。能帶結(jié)構(gòu)及態(tài)密度計(jì)算結(jié)果顯示：摻雜La（Fe）元素材料能隙變寬（變窄），對(duì)應(yīng)于材料躍遷機(jī)制轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度升高（降低）。熱電性能測(cè)試結(jié)果表明：摻雜La、Fe元素以及材料多元合金化均能顯著提高材料熱電性能。La系三元合金當(dāng)溫度為573K，摻雜量x=0.2時(shí)，PF最大可達(dá)27.3×10-5W/m·K2，La-Se系四元合金當(dāng)溫度為573K，摻雜量x=0.2，y=0.2時(shí)，PF