發(fā)布時間：2020-07-14 09:30

【摘要】：21世紀(jì)工業(yè)化發(fā)展使能源消耗愈發(fā)嚴(yán)重,尋找新型綠色能源材料迫在眉睫。熱電功能材料可以實現(xiàn)熱能和電能的相互轉(zhuǎn)換,針對目前存在的大量廢熱損失,提供了再利用的可能性。SnSe作為熱電材料之一被廣泛研究,其單晶熱電優(yōu)值高達(dá)2.6,成為高性能熱電材料之一,但單晶不適合大規(guī)模生產(chǎn)、制備復(fù)雜、機(jī)械性能差,因此制備SnSe多晶并改善其熱電性能成為國內(nèi)外相關(guān)研究熱點(diǎn)。本文采用水熱合成法,以一種成本低廉、無添加劑、方法簡便的合成工藝制備高度擇優(yōu)取向的多晶片層狀SnSe粉體,其擇優(yōu)取向高達(dá)0.64,最強(qiáng)峰(400)峰與次強(qiáng)峰(111)峰的比值為9.85,并提出片狀粉體水平生長和垂直生長的兩個階段,此為首次對熱電材料粉體擇優(yōu)取向的探討和表征。通過等離子放電燒結(jié)將水熱法制備粉體燒制成織構(gòu)化塊體,與真空熔煉法制備SnSe粉體燒結(jié)塊體進(jìn)行性能對比。結(jié)果表明水熱合成粉體制備的織構(gòu)化塊體內(nèi)部晶粒排布整齊,形成特殊“之”字型織構(gòu)化組織,而熔煉法合成粉體制備的塊體內(nèi)部晶粒無規(guī)則排布相比,織構(gòu)化塊體在載流子輸運(yùn)及聲子散射方面改善顯著,熱導(dǎo)率低,電導(dǎo)率高,在平行壓力軸方向獲得最高ZT值0.67(為無規(guī)則塊體的2.16倍)。為提高多晶SnSe本征電導(dǎo)率,對SnSe粉體分別進(jìn)行Cu2-xSe和Au復(fù)合處理。對水熱制備SnSe進(jìn)行Cu2-xSe復(fù)合,在垂直壓力軸方向,Cu2-xSe復(fù)合提供富裕載流子,在低溫區(qū)電導(dǎo)率改善作用明顯;而由于Cu2-xSe載流子散射作用抵消了載流子增多帶來的電導(dǎo)率增益,故其在高溫區(qū)改善作用并不明顯。在平行壓力軸方向,雖然SnSe在該方向以范德華力結(jié)合,載流子輸運(yùn)傳導(dǎo)通路不暢,但是其在中溫區(qū)受到熱激發(fā)作用下,Cu2-xSe提供的額外載流子仍可對電導(dǎo)率有所增益。然而由于熱導(dǎo)率的顯著增加,Cu2-xSe復(fù)合對熱電性能的改善效果并不理想。對熔煉制備SnSe粉體進(jìn)行Au復(fù)合,發(fā)現(xiàn)Au復(fù)合使得塊體沿平行壓力軸方向熱電性能得到顯著改善,其ZT值達(dá)到0.73,相對空白試樣提高大約3.6倍。主要原因在于平行壓力軸方向,Au復(fù)合增加了聲子散射,降低熱導(dǎo)率;同時Au復(fù)合形成了片層間的有效傳導(dǎo)通路,顯著改善材料的電導(dǎo)率,使其熱電性能最終得到極大改良。
【學(xué)位授予單位】：山東科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34
【圖文】：

邐（１．４）逡逑由上述公式可知，表征熱電材料本身性質(zhì)的這三個參數(shù)相互影響、關(guān)聯(lián)。其具體關(guān)逡逑系如圖１．２所示，材料載流子濃度提高，其導(dǎo)電率則會相應(yīng)提高，而塞貝克系數(shù)則反而逡逑會降低，同時又由于電子熱導(dǎo)率的提高，使材料的總熱導(dǎo)率提高。因此，難以通過對單逡逑一參數(shù)的調(diào)整，來優(yōu)化材料的熱電優(yōu)值，必須在統(tǒng)籌各影響因素的前提下，熱電優(yōu)值才逡逑有提高的可能。逡逑悘逡逑１０Ｕ邋１0１＊邋１0２0邋１0２１逡逑Ｃａｒｒｉｅｒ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ邋（ｃｍ邋｝）逡逑圖１．２塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、功率因子、熱電優(yōu)值間的相互聯(lián)系Ｍ逡逑Ｆｉｇ．ｌ．２邋Ｔｈｅ邋ｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓｅｅｂｅｃｋ邋ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ＊邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，邋ｔｈｅｒｍａｌ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，逡逑ｐｏｗｅｒ邋ｆａｃｔｏｒ，邋ａｎｄ邋ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｖａｌｕｅ．逡逑而近年來，新型綠色能源技術(shù)大力發(fā)展，熱電材料研宄領(lǐng)域也掀起了一股熱潮，如逡逑圖１．３所示，２０００年以來各種熱電材料的ＺＴ均有極大的提高，在ＰｂＴｅ、Ｃｕ２－ｘＳｅ、逡逑ＳｎＳｅ等體系中，個別熱電材料的最大ＺＴ已經(jīng)達(dá)到２．０、甚至高于２．０ＭＩ。但是對于大逡逑部分的熱電材料而言

d稿義蠚Eｒ逡逑圖１．４邋Ｂｉ２Ｔｅ３晶體結(jié)構(gòu)及原子層排布示意圖１３９１逡逑Ｆｉｇ，１．４邋Ｂｉ２Ｔｅ３邋ｃｏｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ａｔｏｍｉｃ邋ｌａｙｅｒ邋ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ邋ｄｉａｇｒａｍ．逡逑１．４．２ＰｂＴｅ熱電材料逡逑ＰｂＴｅ是ＩＶ－ＶＩ族窄禁帶熱電材料，其結(jié)構(gòu)如圖１．５所示為ＮａＣｌ型晶體結(jié)構(gòu)，屬于逡逑Ｆｍ３ｍ空間群，原子間結(jié)合鍵為金屬鍵，適用于中溫區(qū)熱電應(yīng)用。該材料的早期研宄主逡逑要通過摻雜來優(yōu)化ＰｂＴｅ的功率因子，后來在２０世紀(jì)９０年代，納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用使其熱．逡逑電性能得到極大優(yōu)化。２００４年，Ｈｓｕ［４３】等對ＰｂＴｅ進(jìn)行Ａｇ和Ｓｂ摻雜，在塊體材料內(nèi)部逡逑引入大量納米相，聲子散射加強(qiáng)，晶格熱導(dǎo)率顯著下降，在８００Ｋ時ＺＴ值為２．２。２００８逡逑年，Ｈｅｒｅｍａｎｓ［４４】等對ＰｂＴｅ進(jìn)行Ｔ１摻雜，發(fā)現(xiàn)靠近費(fèi)米能級產(chǎn)生局域共振態(tài)，導(dǎo)致材逡逑料局部態(tài)密度增大

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