發(fā)布時間：2020-01-29 18:17

【摘要】：隨著煤、石油和天然氣三大能源可用量的日益減少,人們對電能需求的日益增加,同時考慮到傳統(tǒng)能源燃燒向環(huán)境中排放的二氧化碳等氣體對環(huán)境的影響,可以把熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的熱電材料就越來越受到人們的關(guān)注。元素摻雜和納米結(jié)構(gòu)化是提高熱電材料ZT值的主要方法,摻雜可以提高材料的電導(dǎo)率,而納米結(jié)構(gòu)化提高塞貝克系數(shù)的同時也降低材料的熱導(dǎo)率。碲化鉛(Pb Te)的禁帶寬度為0.32 e V,是窄禁帶半導(dǎo)體,也是中溫區(qū)(450 800 K)研究最多、性能最好的熱電材料之一。本論文采用水熱法制備鍶摻雜Pb Te納米粉體,之后用熱壓法把粉體壓制成塊體,研究摻雜濃度和水熱反應(yīng)時間對塊體樣品的熱電性能的影響。本文取得的研究內(nèi)容如下:1.以Pb(NO3)2和Na2Te O3為反應(yīng)前驅(qū)物,Na OH和Na BH4分別為酸堿度調(diào)節(jié)劑和還原劑,用水熱法制備Pb Te納米粉體,并將制備的粉體熱壓成塊體樣品。研究水熱反應(yīng)時間對由粉體熱壓成塊體的Pb Te納米塊體樣品的熱電性能的影響。XRD結(jié)果表明,水熱反應(yīng)時間為8 h時,樣品中有元素Te的峰出現(xiàn),而延長反應(yīng)時間只有Pb Te峰出現(xiàn),說明8 h時樣品反應(yīng)不充分。樣品的電導(dǎo)率在室溫時隨水熱反應(yīng)時間延長而增大,在450 700 K溫度區(qū)間內(nèi)隨水熱反應(yīng)時間延長而減小。反應(yīng)時間為12 h樣品的塞貝克系數(shù)在約358K時達最大值為~429μV/K,比8 h樣品的最大值提高了22%。反應(yīng)時間為10 h的樣品的熱導(dǎo)率最低。在373 K時,反應(yīng)時間為12 h樣品的ZT值是8 h樣品的十倍。2.用Sr(NO3)2為鍶源對Pb Te樣品進行摻雜,同樣用水熱法和熱壓法制備Pb Te塊體樣品。研究摻雜量對Pb Te塊體樣品熱電性能的影響。結(jié)果表明,電導(dǎo)率隨摻雜濃度的增加而增加,在約450 K時,摻雜量為4 mol%樣品的電導(dǎo)率是未摻雜樣品的四倍多。摻雜量為2 mol%時塞貝克系數(shù)達最大,在約410 K時達到最大值462μV/K,比未摻雜樣品的塞貝克系數(shù)提高了42%。功率因子取最大值的摻雜量為4 mol%,在500 K時達最大值~6.5μWcm-1K-2,約是未摻雜樣品的五倍。摻雜量4 mol%的樣品的熱導(dǎo)率最低。ZT值取最大值的摻雜量為4mol%,在673 K達約0.41,比未摻雜樣品提高了30%以上。3.研究在摻雜量相同的時候,水熱反應(yīng)時間對Pb Te塊體樣品熱電性能的影響。對摻雜量為2 mol%和4 mol%的Pb Te分別研究發(fā)現(xiàn),電導(dǎo)率均是隨反應(yīng)時間增加而先增加后降低,但是,電導(dǎo)率達到最大值的反應(yīng)時間分別為12 h和10h。摻雜量為2 mol%樣品的塞貝克系數(shù)在水熱反應(yīng)時間為10 h時達最大值,摻雜量為4 mol%樣品的塞貝克系數(shù)在水熱反應(yīng)為12 h和24 h時在溫度區(qū)間由正值變?yōu)樨撝�。功率因子分別在12 h和10 h時達最大值,熱導(dǎo)率分別在8 h和10h時達最小值。摻雜量為2 mol%樣品的ZT值在反應(yīng)時間為12 h達最大值,在約473 K時是反應(yīng)時間為8 h樣品的近四倍。摻雜量為4 mol%樣品的ZT值在反應(yīng)時間為10 h達最大值,在約673 K時比反應(yīng)時間為8 h樣品的ZT值提高了20%。
【圖文】：

ab 為導(dǎo)體 a 和 b 的相對珀爾帖系數(shù)，其單位是W A或V 。另外規(guī)定，圖1.1 中結(jié)點 A 為吸熱，同時結(jié)點 B 為放熱時，珀爾帖系數(shù)ab 為正值，反之，A為放熱 B 為吸熱時， 為負值。對于許多材料來說，塞貝克系數(shù)隨溫度的變化并不是常數(shù)，，溫度的空間梯度導(dǎo)致了塞貝克系數(shù)的梯度變化。如果電流經(jīng)過這個溫度梯度，那么其珀爾帖效應(yīng)也會連續(xù)發(fā)生。1855 年，湯姆遜（Thomson）發(fā)現(xiàn)并建立了珀爾帖與塞貝克效應(yīng)之間的關(guān)系，并由此產(chǎn)生了湯姆遜效應(yīng)。湯姆遜效應(yīng)的表述為：在溫度不均勻的導(dǎo)體中，當(dāng)有電流通過此導(dǎo)體時，導(dǎo)體除了會吸收或放出一定的熱量（也稱為湯姆遜熱）外，還會產(chǎn)生不可逆的焦耳熱。反之亦然，當(dāng)導(dǎo)體的兩端存在溫度差時，其兩端也會有電勢差的出現(xiàn)。假設(shè)電流 I 流經(jīng)一個均勻?qū)w

5圖 1.2 熱電模型的示意圖：（a）為發(fā)電模式（塞貝克效應(yīng)），（b）為制冷模式（珀爾帖效應(yīng)）[3]因此，為了提高轉(zhuǎn)化效率產(chǎn)生足夠的電能，材料的兩端就需要有比較大的溫度差。目前，熱電研究的重心是優(yōu)化熱電材料的三個參數(shù)之間的關(guān)系，即電導(dǎo)率、塞貝克系數(shù)和熱導(dǎo)率間的關(guān)系。為了獲取大的熱電優(yōu)值（ZT），進而得到高的轉(zhuǎn)換效率，高電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)，以及低的熱導(dǎo)率是必不可少的[4,5]。低載流子濃度的半導(dǎo)體和絕緣體有較大的塞貝克系數(shù)，高電導(dǎo)率卻存在于高載流子濃度的金屬導(dǎo)體中。因此，最優(yōu)功率因子的載流子濃度位于半導(dǎo)體和金屬之間，如圖 1.3 所示[6]。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Е.М.Савицкий;張建華;;鎢單晶的熱電性能[J];儀表材料;1974年04期

2 趙媛;唐光詩;;氧化石墨增強高分子材料熱電性能的初步研究[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年03期

3 張琨;張睿智;;層狀硫化物中晶格失配對熱電性能影響的理論研究[J];石家莊學(xué)院學(xué)報;2013年06期

4 井群;司海剛;張世華;王淵旭;;室溫下硅與硅鍺合金的熱電性能研究[J];河南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2010年05期

5 楊梅君;沈強;唐新峰;張聯(lián)盟;;鉍摻雜硅化鎂材料的制備及熱電性能[J];硅酸鹽學(xué)報;2011年10期

6 邢學(xué)玲;劉小滿;許德華;閔新民;;Ca_3Co_2O_6與摻銅體系的量子化學(xué)計算[J];材料導(dǎo)報;2008年09期

7 相楠;寇超超;趙苗;譚宏斌;;摻鈉對鈷酸鈣熱電性能影響研究[J];陶瓷;2010年09期

8 陳燕彬;羅小光;何濟洲;;不同模數(shù)對材料熱電性能的影響[J];量子電子學(xué)報;2014年02期

9 黃才光;;P型和N型硅鍺合金的制備及熱電性能[J];鑄造技術(shù);2014年01期

10 蔣俊;李亞麗;許高杰;崔平;吳汀;陳立東;王剛;;制備工藝對p型碲化鉍基合金熱電性能的影響[J];物理學(xué)報;2007年05期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張婷;蔣俊;陳建敏;張秋實;李煒;許高杰;;P型BiSbTe/Zn_4Sb_3復(fù)合材料的熱電性能[A];2011中國材料研討會論文摘要集[C];2011年

2 徐桂英;;具有量子效應(yīng)的多空硅片的熱電性能[A];2004年中國材料研討會論文摘要集[C];2004年

3 曹一琦;朱鐵軍;趙新兵;;放電等離子燒結(jié)制備的Bi_2Te_3/Sb_2Te_3復(fù)合材料的熱電性能[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（4）[C];2007年

4 閔新民;張文芹;葉春勇;;失配層鈷酸鹽與摻鑭系列的電子結(jié)構(gòu)與熱電性能[A];中國化學(xué)會2005年中西部十五�。▍^(qū)）、市無機化學(xué)化工學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2005年

5 閔新民;王緒超;;失配層鈷酸鹽與摻雜系列的量子化學(xué)計算研究[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第15分會：理論化學(xué)方法和應(yīng)用[C];2014年

6 肖忠良;曹忠;吳道新;李宇春;尹周瀾;陳啟元;;Zn_4Sb_3的熱電性能的理論計算[A];2006年全國冶金物理化學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

7 李奕l

本文編號：2574434