不同形貌鉛銻硫族化合物納米材料的可控制備及電學性能.pdf

1、熱電材料是一種可以實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉換的特殊功能材料。由該類材料制備的熱電器件可有效回收利用化石能源燃燒過程中產生的廢熱,因而可有效緩解當前全球能源危機和環(huán)境污染。但由于現(xiàn)有熱電材料的能量轉換效率較低,離實際應用尚有較大的差距。因此,提高材料的熱電轉換效率是當前熱電材料研究的重點。研究表明,低維化可顯著提高材料的熱電優(yōu)值,而低維化的鉛、銻硫族化物熱電材料正是由于具有較高的熱電性能成為該領域的研究熱點。故此,本論文選擇鉛、銻硫族化物

2、作為研究對象,旨在通過簡單溶劑熱法制備具有不同納米結構的鉛、銻硫族化物熱電材料,通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡以及電學性能測試系統(tǒng)對其形成機制及電學性能進行系統(tǒng)研究。
　　在無模板劑和表面活性劑條件下制備了PbS納米棒,考察了其生長機制。研究發(fā)現(xiàn),納米棒是由小納米立方通過取向連接而成。并以此為基礎,采用二次水熱法制備了具有核殼結構的PbS/PbTe納米棒。采用熱電綜合測試系統(tǒng)對所制備的樣品進行了電學性能測試。結果表

3、明:核殼結構PbS/PbTe納米棒的功率因子高于純相 PbS;且發(fā)現(xiàn) PbS/PbTe納米棒的熱電性能可通過改變 PbS/Te比進行可控調節(jié)。
　　以硫代乙醇酸為表面活性劑和硫源制備了具有兩相納米結構的 PbS/PbSe空心球,研究了不同反應因素對形貌的影響。結果發(fā)現(xiàn),在硫代乙醇酸的輔助下,PbS和PbSe納米粒子會相互聚集形成PbS/PbSe空心球,表現(xiàn)出典型的自組裝機制伴隨奧斯特瓦爾德熟化機制。電學性能測試發(fā)現(xiàn),PbS/PbS

4、e空心球的電導率和 Seebeck系數在整個測試溫度范圍內(300-600K)均高于 PbSe納米粒子,并在500K時其功率因子達到最大值205.4μW/(K2·m),相當于純相PbSe納米粒子的兩倍。
　　以葡萄糖為表面活性劑制備了花狀形貌 PbTe晶體,研究了不同反應因素對產物形貌的影響。發(fā)現(xiàn)花狀 PbTe晶體的形成機制為奧斯特瓦爾德熟化伴隨異向生長機制。并在此基礎上,以亞硒酸鈉替代部分亞碲酸鈉,采用相同方法制備了花狀 PbS

5、e/PbTe納米晶。研究發(fā)現(xiàn)組成花狀形貌的納米片是由尺寸小于30nm的PbSe和PbTe納米晶組成,同時Se和Te之間能夠發(fā)生取代反應。對樣品進行電學性能測試發(fā)現(xiàn),PbSe/PbTe納米晶的電導率在常溫時高達40S/m,與100nm PbTe納米粒子和6nm PbTe薄膜相比,其電導率提高了1個和3個數量級。
　　以葡萄糖(檸檬酸)為表面活性劑制備了分級結構Sb2Se3和Sb2Te3晶體。研究發(fā)現(xiàn),葡萄糖和檸檬酸在Sb2Se3和S

6、b2Te3的形成過程中起到了至關重要的作用。在反應體系中,葡萄糖和檸檬酸作為表面活性劑吸附在Sb2Se3和Sb2Te3的晶核上,且在葡萄糖和檸檬酸中氫鍵以及靜電的相互作用下納米粒子發(fā)生相互聚集;同時表面活性劑分子能夠吸附在某些晶面上限制了晶面的生長,從而形成具有分級結構的Sb2Se3和Sb2Te3晶體。電學性能測試發(fā)現(xiàn),Sb2Se3樣品的Seebeck系數和形貌有關,蠕蟲狀形貌的Sb2Se3樣品Seebeck系數最高,在350K時可達1