元素摻雜對Bi2Te3熱電性能的影響.pdf

1、熱電材料是一種在溫度梯度下就直接將電能和熱能進行轉換的新型功能材料。用其制作的器件具有許多突出的優(yōu)點，如對環(huán)境無污染、節(jié)約能源、穩(wěn)定性好和使用壽命長等，在計算機、微電子、航空航天的制冷和溫控方面都具有廣闊的應用前景。一種材料的熱電性能是由其熱電優(yōu)值ZT決定的（2/ZT???T?，其中?、?、?和T分別指該材料的Seebeck系數、電導率、熱導率和工作時的絕對溫度）。
　　目前，研究最早也是最為成熟的熱電材料是Bi2Te3及其固溶體

2、合金，已在半導體制冷元件上得到了廣泛的應用。但是由于Bi2Te3材料的ZT值一直在1左右，因而并沒有得到大規(guī)模應用。如何進一步提高Bi2Te3的熱電性能，使其實現大規(guī)模商業(yè)化應用，成為了各國研究的熱點。納米技術和能帶工程成為目前提高Bi2Te3材料熱電性能的主要技術途徑，是目前Bi2Te3熱電材料的主要研究方向。
　　本文結合納米化和元素摻雜，研究了不同元素摻雜對Bi2Te3材料熱電性能的影響，主要研究內容和結果如下：
　　

3、（1）通過水熱法制備不同Lu摻雜量、I摻雜量的Bi2Te3納米粉體，研究了元素摻雜對Bi2Te3熱電性能的影響。研究表明：元素摻雜會對合成粉體的微觀形貌產生了顯著的影響，不利于Bi2Te3粉體花狀納米片的形成。主要原因是摻雜元素替代Bi原子或Te原子后會改變Bi2Te3晶體內的鍵能，從而使Bi2Te3晶體沿a、b軸的生長速度變得緩慢，因此不利于納米片的形成。由于表面活性劑EDTA可以促進Bi2Te3晶體沿a、b軸的生長，在摻雜后為了使B

4、i2Te3粉體依然保持花狀的納米結構，可以適當的加大EDTA的用量。
　?。?）具有花狀微觀形貌的Lu摻雜和I摻雜的Bi2Te3納米粉體在合適的溫度下熱壓成塊體，研究了摻雜對材料熱電性能的影響。研究表明，花狀形貌的納米粉體熱壓后制備的塊體，其微觀形貌中晶粒均顯示出了不均一性，在大晶粒間均存在一些小晶粒的分布。用花狀納米粉末熱壓成的塊體具有良好的熱電性能，因為這種納米粉末形成的塊體的微觀結構在有效的增加聲子散射的同時能夠減少載流子的

5、散射。由所得實驗結果可以看出，Lu摻雜在并沒有明顯降低材料的Seebeck系數的同時較大的降低了電阻率因而有助于提高材料的熱電性能，特別是對于摻雜量為0.1的Lu0.1Bi1.9Te3樣品，其熱電優(yōu)值在373K時達到了1.72，是n型半導體Bi2Te3基熱電材料熱電性能較好的材料之一。而對于I摻雜的Bi2Te2.9I0.1樣品，其Seebeck系數和熱導率并沒有發(fā)生顯著的變化，但電阻率要明顯低于未摻雜樣品的，從而其熱電優(yōu)值在448K達到