【摘要】：熱電材料是一種可利用余熱廢熱回收發(fā)電的功能材料。開發(fā)新型熱電材料,提高熱電材料綜合性能對(duì)于能源的利用有非常積極的意義。本文對(duì)層狀熱電材料的性能優(yōu)化進(jìn)行研究。具體如下:1.碲化鉍基熱電材料是商業(yè)應(yīng)用最廣泛的材料。但是目前其熱電優(yōu)值仍然在1附近徘徊,進(jìn)一步提高其熱電性能顯得非常必要。本文通過區(qū)熔法制備p型Bi_(0.48)Sb_(1.52)Te_3/PbTe復(fù)合熱電材料,制備過程較簡(jiǎn)單,耗時(shí)短,且適合大規(guī)模生產(chǎn)。Bi_(0.48)Sb_(1.52)Te_3熱電材料通過復(fù)合PbTe大幅提升了電導(dǎo)率從而明顯提升功率因子,在300 K時(shí)超過50μWcm~( 1)K~( 2),當(dāng)PbTe的量為0.05 wt%,功率因子在300 K時(shí)達(dá)到峰值55μWcm~( 1)K~( 2)。電導(dǎo)率提升的原因是PbTe進(jìn)入了Bi_(0.48)Sb_(1.52)Te_3基體的晶格,引入了更多的載流子,從而提高了載流子濃度。由于聲子的散射,復(fù)合材料的晶格熱導(dǎo)率下降,但是由于載流子增多,使得電子熱導(dǎo)率上升,最后導(dǎo)致總熱導(dǎo)率上升,使得熱電優(yōu)值提升不明顯,當(dāng)PbTe的量為0.05 wt%時(shí),在350 K時(shí)有最大熱電優(yōu)值,約為1。Bi_(0.48)Sb_(1.52)Te_3基體的平均熱電優(yōu)值約0.7,與文獻(xiàn)報(bào)道的相符。復(fù)合PbTe后,平均熱電優(yōu)值得到有效提升。當(dāng)PbTe的量為0.05 wt%時(shí),平均熱電優(yōu)值約0.8,提升約14%2.硒化錫基熱電材料由于其超低的熱導(dǎo)率(923 K時(shí)0.23 Wm~( 1)K~( 1))得到人們的關(guān)注,其單晶的熱電優(yōu)值在923 K達(dá)到2.6,但單晶的機(jī)械性能限制了其實(shí)際應(yīng)用。本文采用熱變形法制備織構(gòu)化取向多晶Na_(0.03)Sn_(0.97)Se,摻雜Na的目的是提升載流子濃度。熱變形法制備的Na_(0.03)Sn_(0.97)Se取向多晶沿著(210)和(400)面擇優(yōu)取向,且熱變形兩次的取向性更好,織構(gòu)化程度比熱壓的更好。織構(gòu)化程度的提升提高了載流子遷移率,使得電導(dǎo)率大幅提升,而塞貝克系數(shù)保持不變,最終功率因子的峰值提升了約一倍,兩次熱變形(HD2)樣品在825 K左右功率因子的峰值超過10μWcm~( 1)K~( 2)。由于晶粒的長(zhǎng)大導(dǎo)致熱變形樣品的晶格熱導(dǎo)率上升,最終總熱導(dǎo)率也上升,但隨著溫度的上升,晶格熱導(dǎo)率和總熱導(dǎo)率上升的幅度越來越小并接近零,最終使得熱電優(yōu)值提升的幅度越來越大。熱壓樣品在800 K附近的熱電優(yōu)值約0.76,與文獻(xiàn)報(bào)道的相符。與熱壓相比,熱變形樣品的最大熱電優(yōu)值提升約70%,在800 K時(shí),熱變形一次(HD1)及熱變形兩次(HD2)樣品同時(shí)取得熱電優(yōu)值的峰值,約為1.3,比文獻(xiàn)報(bào)道的用熱壓,放電等離子燒結(jié),區(qū)熔以及區(qū)熔結(jié)合放電等離子燒結(jié)等工藝制備的硒化錫基熱電材料的高。
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34
【圖文】：

圖 1-1 （a）賽貝克效應(yīng)發(fā)電示意圖（b）帕爾貼效應(yīng)制冷示意圖貝克效應(yīng)是熱能直接轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象，其應(yīng)用主要是熱電發(fā)電。是賽貝克效應(yīng)用于熱電發(fā)電的原理示意圖，當(dāng)由 p 型和 n 型熱電材

（a）熱電發(fā)電效率ηP、（b）熱電制冷效率ηC與平均熱電優(yōu)值ZTave關(guān)系示意圖

ave關(guān)系示意圖如圖1-4所示，只有晶格熱導(dǎo)率是幾乎不受載流子濃度影響的，賽貝克系數(shù)，電導(dǎo)率，電子熱導(dǎo)率等都與載流子濃度有關(guān)。所以，要有效提高熱電優(yōu)值，可以調(diào)控載流子濃度到最佳范圍以及降低晶格熱導(dǎo)率[14]。優(yōu)化載流子濃度的主要方法是摻雜，通過單摻，共摻甚至多摻能有效調(diào)控載流子濃度[21-23]。而降低晶格熱導(dǎo)率一般可以通過以下方法：

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本文編號(hào)：2786477