本文關(guān)鍵詞：Te基熱電材料的制備及性能研究

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【摘要】：熱電材料是一種能實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的新型功能材料,將熱電材料做成器件后,由于其環(huán)保、壽命長、體積小等優(yōu)點(diǎn)在熱電制冷或溫差發(fā)電領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。雖然熱電材料已經(jīng)在航天航空、半導(dǎo)體制冷等特殊領(lǐng)域獲得了應(yīng)用,但是目前還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。主要原因在于兩個方面:一方面,熱電轉(zhuǎn)換效率不高;另一方面,高性能熱電材料的制備成本高。Bi2Te3以及Sb2Te3基材料是目前室溫附近熱電轉(zhuǎn)換性能最高的熱電材料。近些年,為了提高這類材料的熱電性能,研究者通過摻雜和納米化的方法使得該Te基熱電材料的性能得到提高。商業(yè)應(yīng)用的Te基熱電材料主要采用熔煉法制備,但是這種制備工藝需要高溫和長時(shí)間,所以成本高。水熱合成作為一種低成本的制備方法已經(jīng)被廣泛研究,但是水熱法合成的Te基熱電材料的性能不穩(wěn)定,ZT值變化較大�；谏鲜鲈�,本文通過系統(tǒng)的粉體合成和燒結(jié)工藝研究,目標(biāo)是尋找一種穩(wěn)定的、低成本的Te基熱電材料的制備方法,為Te基熱電材料器件的大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。主要研究工作如下:(1)首先用水熱法成功合成Bi2Te3粉體,分別采用XRD、FESEM等分析技術(shù)表征合成粉體的物相和形貌,然后將合成的Bi2Te3粉體進(jìn)行sps燒結(jié)制備塊體材料,最后進(jìn)行熱電性能研究。詳細(xì)研究了粉體的合成條件(反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間)、sps燒結(jié)制度(燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間和保溫時(shí)間)和退火處理對塊體bi2te3熱電性能的影響。研究結(jié)果表明:bi2te3粉體的最佳合成溫度是200℃、合成時(shí)間是12h;最佳的sps燒結(jié)溫度為350℃、保溫時(shí)間為6min,在測量溫度范圍在300k-350k時(shí)最佳的燒結(jié)壓力為80mpa。同時(shí)探究在不同的退火條件下bi2te3塊體的熱電性能。結(jié)果分析表明,將水熱合成的bi2te3粉體用真空管式爐在ar/h2氣氛中400℃進(jìn)行熱處理4h后,電導(dǎo)率明顯提高,熱導(dǎo)率也略有提高,最終zt值在測試溫度為400k時(shí)達(dá)到最大值為0.38。(2)同樣采用水熱法合成了sb2te3粉體,分別采用xrd、fe-sem等分析技術(shù)表征合成粉體的物相和形貌,然后將合成的sb2te3粉體進(jìn)行sps燒結(jié)制備塊體材料,最后進(jìn)行熱電性能研究。詳細(xì)研究了粉體的合成條件(反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間)、sps燒結(jié)制度(燒結(jié)溫度、燒結(jié)時(shí)間和保溫時(shí)間)和退火處理對塊體sb2te3熱電性能的影響。研究結(jié)果表明:sb2te3粉體的最佳合成溫度是200℃、合成時(shí)間是12h;最佳的sps燒結(jié)制度為360℃、保溫時(shí)間為6min,在測量溫度范圍在300k-400k時(shí)最佳的燒結(jié)壓力為80mpa。同時(shí)探究在不同的退火條件下sb2te3塊體的熱電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:用真空管式爐在ar/h2氣氛中將sb2te3粉體退火后進(jìn)行sps燒結(jié),能有效地提高電導(dǎo)率;并且將sps燒結(jié)后的sb2te3塊體進(jìn)行真空退火處理后,最終zt值在測試溫度為531k時(shí)達(dá)到最大值為0.59。
【關(guān)鍵詞】：Te基 熱電材料 水熱法 SPS燒結(jié)
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 文獻(xiàn)綜述12-28
• 1.1 熱電效應(yīng)的基本原理13-14
• 1.1.1 Seebeck效應(yīng)13-14
• 1.1.2 Peltier效應(yīng)14
• 1.1.3 Thomson效應(yīng)14
• 1.2 熱電材料的性能參數(shù)14-17
• 1.2.1 Seebeck系數(shù)15
• 1.2.2 電導(dǎo)率15-16
• 1.2.3 熱導(dǎo)率16
• 1.2.4 ZT性能優(yōu)化的方法16-17
• 1.3 熱電材料的研究進(jìn)展17-21
• 1.3.1 PGEC熱電材料18-19
• 1.3.2 納米結(jié)構(gòu)熱電材料19-21
• 1.4 Bi_2Te_3基熱電材料研究進(jìn)展21-25
• 1.4.1 Bi_2Te_3的結(jié)構(gòu)與性能21-22
• 1.4.2 Bi_2Te_3的制備22-25
• 1.5 濕化學(xué)法合成Sb_2Te_3的研究進(jìn)展25-26
• 1.6 本論文的選題和意義26-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)與表征28-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)流程圖28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原料及設(shè)備29-30
• 2.3 樣品的制備30-32
• 2.3.1 Bi_2Te_3粉體的制備30-31
• 2.3.2 Sb_2Te_3粉體的制備31
• 2.3.3 Bi_2Te_3、Sb_2Te_3塊體材料的制備31-32
• 2.4 樣品的表征32-35
• 2.4.1 物相和微觀形貌的分析32
• 2.4.2 熱電性能表征32-35
• 第三章 Bi_2Te_3的水熱法制備35-50
• 3.1 引言35-36
• 3.2 結(jié)果與討論36-49
• 3.2.1 不同水熱合成溫度對Bi_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響36-39
• 3.2.2 不同水熱合成時(shí)間對Bi_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響39-41
• 3.2.3 不同燒結(jié)溫度對Bi_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響41-43
• 3.2.4 不同燒結(jié)壓力對Bi_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響43-45
• 3.2.5 不同保溫時(shí)間對Bi_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響45-46
• 3.2.6 熱處理對Bi_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響46-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 Sb_2Te_3的水熱法制備50-65
• 4.1 引言50-51
• 4.2 結(jié)果與討論51-63
• 4.2.1 不同水熱合成溫度對Sb_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響51-53
• 4.2.2 不同水熱合成時(shí)間對Sb_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響53-55
• 4.2.3 不同燒結(jié)溫度對Sb_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響55-57
• 4.2.4 不同燒結(jié)壓力對Sb_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響57-59
• 4.2.5 不同保溫時(shí)間對Sb_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響59-61
• 4.2.6 熱處理對Sb_2Te_3的微觀結(jié)構(gòu)以及熱電性能的影響61-63
• 4.3 本章小結(jié)63-65
• 第五章 結(jié)論與展望65-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 附錄：碩士期間的研究成果72-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馬秋花;孫亞光;;Bi-Te基熱電材料的研究進(jìn)展[J];稀有金屬快報(bào);2007年06期

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本文編號：1078457