【摘要】：隨工業(yè)化進程逐步加快,人們在享受生活便利的同時,也面臨著日益嚴(yán)重的能源危機和環(huán)境問題,開發(fā)新型能源材料備受重視。熱電材料可以實現(xiàn)熱能和電能的直接轉(zhuǎn)化,是一類很有應(yīng)用前景的能源轉(zhuǎn)化材料。PbTe基熱電材料有比較長的研究歷史,已經(jīng)在航空航天、軍事等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用;而SnSe作為一種新型熱電材料,自被發(fā)現(xiàn)以來一直是研究的焦點。在這兩種材料的制備過程中引入壓力調(diào)節(jié),能夠有效改變反應(yīng)平衡,縮短反應(yīng)時間,優(yōu)化載流子濃度。本文利用高壓合成手段分別制備PbTe和SnSe熱電材料,并研究了它們的熱電性能。探索了純相PbTe的高壓合成工藝,分析測試了不同壓力下合成的純相PbTe的熱電性能。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)鉛碲比例為1:1.2,且合成溫度不低于1073 K時,可在高壓下合成純相PbTe。高壓合成的純相PbTe樣品熱電性能都不高,例如2 GPa壓力下合成的純相PbTe樣品,ZT值在420 K不到0.2,這是由于樣品未經(jīng)摻雜,載流子濃度低導(dǎo)致電輸運性能較差所致。采用高壓合成方法結(jié)合放電等離子燒結(jié)制備了Na摻雜的PbTe樣品,分析研究了樣品的結(jié)構(gòu)、成分、顯微結(jié)構(gòu)及熱電性能。高壓的實施有效提高了Na元素在PbTe材料中的固溶度,極大提升了載流子濃度。Na_(0.03)Pb_(0.97)Te(原料配比)的實際Na摻雜量為0.27,載流子濃度為3.2×10~200 cm~(-3),電輸運性能明顯改善。摻雜Na原子引入大量點缺陷,增強了對熱輸運聲子的散射;顯微結(jié)構(gòu)分析表明,高壓下合成的Na_(0.03)Pb_(0.97)Te樣品中存在大量位錯和晶格扭曲,增強了對中頻聲子的散射,進一步降低了材料的晶格熱導(dǎo)率。該樣品的晶格熱導(dǎo)率在700 K以上低至0.67 W/mK。高壓合成的Na_(0.03)Pb_(0.97)Te樣品,ZT值在740 K提高至1.7。采用高壓合成方法結(jié)合放電等離子燒結(jié)制備了Na摻雜的PbTe-SrTe樣品,對樣品的結(jié)構(gòu)、成分及熱電性能進行了分析。Na_(0.03)Sr_(0.04)Pb_(0.93)Te樣品的載流子濃度為2.2×10~200 cm~(-3),高于常壓下制備的類似樣品。Na在PbTe-SrTe材料中存在明顯的富集區(qū),其在高溫下擴散加強,使功率因子保持平穩(wěn)不衰減,Na_(0.03)Sr_(0.04)Pb_(0.93)Te樣品的功率因子在620 K時最高為3100μWm~(-1)K~(-2)。Na固溶度的提高帶來更多的點缺陷;樣品中還形成了蜂窩狀的特殊結(jié)構(gòu)。這些都能夠有效地散射聲子,降低材料的晶格熱導(dǎo)率,Na_(0.03)Sr_(0.04)Pb_(0.93)Te樣品在770 K時晶格熱導(dǎo)率低至0.56 W/mK。協(xié)調(diào)改善的電、熱輸運性質(zhì)使該樣品的ZT值在870 K時達(dá)到了2.1。探索了多晶SnSe熱電材料的高壓合成工藝,采用高壓合成法結(jié)合放電等離子燒結(jié)制備了Na摻雜的多晶SnSe塊材,對樣品的結(jié)構(gòu)、成分及熱電性能進行了研究,并討論了取向性對樣品熱電性能的關(guān)聯(lián)。Na摻雜明顯改善了樣品的電輸運性能,摻雜引入的點缺陷也使晶格熱導(dǎo)率顯著降低,Na_(0.02)Sn_(0.98)Se樣品的ZT值在798 K可達(dá)0.87,平均ZT值也達(dá)到了0.31。SPS致密化的多晶Na_xSn_(1-x)Se塊材取向性明顯,在垂直于SPS壓力方向展現(xiàn)了更好的熱電性能。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34
【圖文】：

燕山大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文在這兩端之間會出現(xiàn)電勢差 ΔV 的現(xiàn)象。通常用 See。其表達(dá)式如下：0limabTV dVS = T dT 和金屬， Seebeck 效應(yīng)產(chǎn)生的機理不盡相同。因為為主，所以在此我們也只關(guān)注半導(dǎo)體的Seebeck效應(yīng)較大的能量，在溫度梯度驅(qū)使下，載流子會從熱端這就使材料內(nèi)部產(chǎn)生的電場與載流子擴散所產(chǎn)生的梯度擴散的速度和因內(nèi)電場擴散的速度相等時，系便有電勢差產(chǎn)生。Seebeck 效應(yīng)是溫差發(fā)電的理論依聯(lián)起來時，便得到了溫差發(fā)電器件。

圖 1-2 放射性同位素溫差發(fā)電器(RTG)示意圖Figure 1-2 Schematic diagram of radioisotope thermoelectric generator (RTG).

3圖 1-3 溫差發(fā)電應(yīng)用實例Figure 1-3 Application instances of thermoelectric generation.大上”的放射性同位素溫差發(fā)電器，其他一些溫差發(fā)電入了尋常百姓家。如廣東雷子克公司生產(chǎn)的 PTG 系列板式余熱發(fā)電，且發(fā)電量大；江西納米克公司生產(chǎn)的蠟燭 LE；浙江雷諾日用品公司生產(chǎn)的發(fā)電保溫杯，可利用杯中手機充電的目的；以及 Matrix Industries 公司研制的世界

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 陳波;孫振亞;黎明發(fā);王善禹;范端;;高壓燒結(jié)對n型PbTe基材料熱電性能的影響[J];高壓物理學(xué)報;2012年02期

本文編號：2747396