能源短缺是制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要因素,其關(guān)乎著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家安全,因此開(kāi)發(fā)新型清潔能源及新能源轉(zhuǎn)換技術(shù)刻不容緩。熱電材料是一種可利用材料Seebeck效應(yīng)和Peltier效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的新型能源材料,由于其在能源轉(zhuǎn)換及新能源領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值,近三十年來(lái)已成為能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。而當(dāng)中的SnSe基化合物由于其具有優(yōu)異的熱電性能,近年來(lái)已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前采用布里奇曼法制備的層狀單晶p型SnSe化合物,其沿晶體學(xué)b軸方向,ZT值在923 K時(shí)可達(dá)2.6,這是目前塊體熱電材料中報(bào)道的最高ZT值。雖然單晶SnSe材料具有優(yōu)異的熱電性能,但是其制備周期較長(zhǎng),且單晶材料由于具有高度的取向性,其在沿bc面容易發(fā)生解理,導(dǎo)致其力學(xué)性能和機(jī)械加工性較差,不利于熱電器件的實(shí)際應(yīng)用。因此,如何超快速制備出具有優(yōu)異力學(xué)性能及熱電性能的SnSe材料對(duì)該材料的規(guī)模化應(yīng)用至關(guān)重要。本文以SnSe基化合物為研究對(duì)象,針對(duì)SnSe單晶材料制備周期長(zhǎng),力學(xué)性能差等問(wèn)題,首次將自蔓延燃燒合成技術(shù)（SHS）應(yīng)用于SnSe基熱電材料中,并且結(jié)合等離子活化燒結(jié)技術(shù)（PAS）,... 

【文章來(lái)源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：157 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

熱電材料的各輸運(yùn)參數(shù)（電導(dǎo)率σ、功率因子S2σ、熱導(dǎo)率κ、熱電優(yōu)值ZT）

武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文起著提供載流子作用，而未摻雜層起著電子輸運(yùn)通道的作用。摻雜可以載流子濃度從而提高材料的電導(dǎo)率，但高濃度的摻雜劑本身會(huì)對(duì)載流子礙作用，降低載流子遷移率，因而通過(guò)調(diào)制摻雜可以使摻雜劑與載流子分地解決了載流子遷移率問(wèn)題[49, 51, 58, 122]。但是調(diào)制摻雜在高溫長(zhǎng)期作用下子擴(kuò)散，材料成分會(huì)逐漸趨于均勻。對(duì)于有些摻雜上限太小無(wú)法達(dá)到載流子的最優(yōu)值，可以通過(guò)固溶的方法元素的上限，同時(shí)固溶后，會(huì)在原本的晶格中引入大量點(diǎn)缺陷，這些點(diǎn)短波聲子引起強(qiáng)烈散射，從而降低材料的晶格熱導(dǎo)率，這對(duì)于高熱導(dǎo)體有效提高性能的途徑[123-125]。Mg2IV（IV=Si，Ge，Sn）、Half-Heusler 合Gex合金均是重要的固溶體類(lèi)熱電材料。

圖 1-3（a）SnSe 在室溫下 Pnma 晶體結(jié)構(gòu)沿 a 軸方向；（b）SnSe7配位多面體，3 個(gè)短 Sn-Se鍵，4 個(gè)長(zhǎng) Sn-Se 鍵；（c）（d）SnSe 沿 b 軸和 c 軸的晶體結(jié)構(gòu)示意圖[110]Fig. 1-3 (a) SnSe crystal structure Pnma at room temperature along the a axis and (b) highlydistorted SnSe7coordination polyhedron with three short and four long Sn-Se bonds; (c and d) SnSecrystal structures along the b axis and c axis.[110]SnSe 晶體內(nèi)存在兩個(gè)原子厚的 SnSe 層（沿 b-c 平面），在層的平面內(nèi)以較強(qiáng)的 Sn-Se 鍵連接，而沿 a 方向用較弱的 Sn-Se 鍵連接。從圖 1-3（b）可以看出，該結(jié)構(gòu)包含高度扭曲的SnSe7配位多面體，其中有三個(gè)短的和四個(gè)長(zhǎng)的Sn–Se鍵，在四個(gè)長(zhǎng)的 Sn–Se 鍵空間內(nèi)容納了一對(duì) Sn2+的 5s2。SnSe 化合物沿 b-c 面存在兩原子層結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了一種沿 b 軸方向的呈鋸齒形獨(dú)特的風(fēng)琴狀結(jié)構(gòu)，由于弱 Sn-Se鍵的作用使得該結(jié)構(gòu)容易沿（100）面解理。從高溫冷卻時(shí)，SnSe 在 750–800 K時(shí)由對(duì)稱(chēng)性高的 Cmcm 相轉(zhuǎn)變成對(duì)稱(chēng)性較低的 Pnma 相，該過(guò)程為位移性相變。Pnma 的晶體結(jié)構(gòu)與 Cmcm 的晶體結(jié)構(gòu)相比，體積膨脹約 2.5 %，這會(huì)導(dǎo)致在晶體生長(zhǎng)過(guò)程樣品的破壞。Pnma 相的晶包參數(shù)沿 a，b 和 c 軸方向分別為 a=11.49 ，


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