Cu2CdSnSe4化合物的合成及熱電性能研究.pdf

1、世界經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化給人們的生活帶來了極大的便利，而在經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展之下，能源危機(jī)與環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重。因此，尋找環(huán)境友好型的清潔能源以及提高能源利用率至關(guān)重要。熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)能實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)換，提高熱電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵因素是尋找具有高轉(zhuǎn)換效率的熱電材料。四元硫?qū)倩衔顲u2CdSnSe4具有多樣化的成鍵方式和復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，是一族組成豐富的p型半導(dǎo)體材料，備受廣大研究學(xué)者的關(guān)注。它是由II-VI族化合物衍生而來，在八電子規(guī)則的框架下

2、，用I和III族原子替換II族原子可形成I-III-VI2化合物；將上述三元化合物中的III族原子用II和IV族原子替換后，可以得到常見的、以低能量形式存在的四元閃鋅礦結(jié)構(gòu)化合物。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部很容易產(chǎn)生由陽離子無序引起的缺陷，且四方閃鋅礦結(jié)構(gòu)中原子鍵長的不同造成了晶體結(jié)構(gòu)的高度扭曲，使材料具有本征的低熱導(dǎo)率。采用膠體合成法制備的單分散納米晶對材料的電熱輸運(yùn)過程有著很深地影響，一方面可以進(jìn)一步降低材料的晶格熱導(dǎo)率，另一方面可以提高電輸運(yùn)性

3、能。此方法對高性能熱電材料的設(shè)計具有重要的意義。因此，本文以四元硫?qū)倩衔顲u2CdSnSe4為研究對象，采用新穎的制備工藝膠體合成法結(jié)合放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)，制備單分散的納米晶顆粒，并實(shí)現(xiàn)了非原位Cu2CdSnSe4納米顆粒的復(fù)合，有效地改善了材料的電熱輸運(yùn)性能，最終優(yōu)化了其熱電性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過膠體合成法（濕化學(xué)法）制備單分散 Cu2CdSnSe4納米晶，并結(jié)合了放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SPS)，研究了

4、在寬帶系半導(dǎo)體材料中引入納米結(jié)構(gòu)對其熱電性能的影響。與傳統(tǒng)的固相反應(yīng)相比，在膠體合成的過程中引入了適當(dāng)?shù)你~摻雜提高電導(dǎo)率，并點(diǎn)缺陷的引入抑制了晶格熱導(dǎo)率的增加。熱電優(yōu)值ZT在745 K時達(dá)到了0.62，同傳統(tǒng)固相合成的多晶塊材相比ZT值提高了73％。這表明濕化學(xué)法合成的Cu2CdSnSe4納米材料在中溫區(qū)熱電領(lǐng)域有著重要的研究意義和潛在的應(yīng)用價值。⑵通過膠體合成法用Ag等電子替換Cu制備了硫?qū)倩衔顲u2-xAgxCdSnSe4納米晶。

5、Cu2-xAgxCdSnSe4納米晶分散均勻，粒徑大小分布在30-50 nm之間。在SPS燒結(jié)過后的樣品晶面和晶界中，可以發(fā)現(xiàn)無定型納米晶。通過高倍TEM圖像觀察到了在有序閃鋅礦結(jié)構(gòu)中嵌入了一些無序閃鋅礦結(jié)構(gòu)。此外，相比于母體， Cu2-xAgxCdSnSe4固溶體的 Seebeck系數(shù)顯著提升，同時晶格熱導(dǎo)率得到了大幅度地降低。當(dāng)x=0.3時，熱電優(yōu)值ZT在688 K時可達(dá)到0.8。⑶膠體合成法制備單分散的 Cu2CdSnSe4納米晶