發(fā)布時(shí)間：2021-06-29 12:58

　　Ⅳ-Ⅵ族半導(dǎo)體SnTe,具有和Pb Te相同的面心立方晶體結(jié)構(gòu),相似的雙價(jià)帶結(jié)構(gòu),并且不含有毒元素,近些年來(lái)受到了廣泛關(guān)注。但是SnTe的缺點(diǎn)同樣十分明顯。本征的SnTe具有高濃度的Sn空位,導(dǎo)致其具有很高的載流子濃度。過(guò)高的載流子濃度不利于Seebeck系數(shù)的提升。另外,輕重價(jià)帶能量差過(guò)大、帶隙較小、本征的熱導(dǎo)率較高等因素,同樣限制了SnTe的熱電性能。本文以（SnTe）_2.94（In₂Te₃）_0.02作為基體材料,引入Zn的硫族化合物（ZnTe、ZnSe、ZnS）,采用高溫熔煉-淬火-長(zhǎng)時(shí)間退火,結(jié)合熱壓燒結(jié)制備樣品,利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、電導(dǎo)率/塞貝克系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)和激光熱導(dǎo)儀等手段研究合金的組織結(jié)構(gòu)與熱電性能,主要研究成果如下。Zn的硫族化合物可在一定程度上提高材料的載流子濃度而并不影響遷移率。其中,基體合金的室溫載流子濃度為2.55×10²⁰ cm^-3,（SnTe）_2.94（In₂Te

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Seebeck發(fā)現(xiàn)熱磁效應(yīng)示意圖[20]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-相連形成閉合回路。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使其一端保持在高溫狀態(tài)，而使另一端保持在低溫狀態(tài)時(shí)，將會(huì)在回路周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)使指南針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖1-1所示。Seebeck當(dāng)時(shí)認(rèn)為這是一個(gè)與磁有關(guān)的物理現(xiàn)象，將其命名為熱磁效應(yīng)。圖1-1Seebeck發(fā)現(xiàn)熱磁效應(yīng)示意圖[20]但是在1823年，Oersted對(duì)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象重新進(jìn)行了解釋。Oersted發(fā)現(xiàn)，在兩種材料的連接處，由于溫度梯度的作用產(chǎn)生了電勢(shì)差Vab，在電勢(shì)差的作用下，回路中產(chǎn)生了電流，使導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生了磁常最終，Oersted提出了熱電效應(yīng)的概念。如圖1-2所示，將兩種不同的導(dǎo)體材料a和b依次連接，如果兩種材料的連接處的溫度不同，冷端和熱端的溫差為T(mén)，經(jīng)過(guò)測(cè)量，導(dǎo)體b的兩個(gè)自由端之間存在著電勢(shì)差Vab，表達(dá)式如公式（1-1）所示。Vab=SabT（1-1）式中，Sab為兩種導(dǎo)體材料的相對(duì)Seebeck系數(shù)，常用單位為μVK-1，取決于溫度梯度的方向與兩種導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)。當(dāng)電流在導(dǎo)體a內(nèi)從高溫端向低溫端流動(dòng)時(shí)Sab為正[20]。圖1-2Seebeck效應(yīng)示意圖[20]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-Peltier效應(yīng)Peltier效應(yīng)是Seebeck效應(yīng)的逆過(guò)程。1834年，法國(guó)物理學(xué)家Peltier在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，將Sb和Bi兩種金屬線相連接并在此回路中通入電流后，兩種金屬線接頭處變冷并使水滴凝結(jié)成冰，如果改變電流方向則接頭處會(huì)變熱，如圖1-3所示[20]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單位時(shí)間內(nèi)，在兩種導(dǎo)體材料的連接處，如果電流強(qiáng)度I越大，那么吸放熱量越多，二者的關(guān)系式如公式（1-2）所示。q=πabI（1-2）式中，πab為比例常數(shù)，定義為Peltier系數(shù)，單位為WA-1。其物理意義為：在單位時(shí)間內(nèi)，單位電流在兩種材料的連接處引起的吸放熱量。圖1-3Peltier效應(yīng)示意圖[20]Thompson效應(yīng)Seebeck效應(yīng)和Peltier效應(yīng)均是在兩種不同金屬材料組成的回路中產(chǎn)生的物理現(xiàn)象，而Thompson效應(yīng)與二者不同，是一種在單一均勻?qū)w中的熱電轉(zhuǎn)換現(xiàn)象。在一個(gè)均勻的導(dǎo)體中通入電流I，并在電流的方向上施加一個(gè)溫差T，則在這段導(dǎo)體中，吸熱或者放熱速率可以表示為公式（1-3）。q=βIT（1-3）式中，為比例常數(shù)，定義為T(mén)hompson系數(shù)。Thompson系數(shù)和Seebeck系數(shù)的單位一樣為μVK-1，當(dāng)電流方向和溫度梯度方向保持一致時(shí)，如果導(dǎo)體吸熱，那么Thompson系數(shù)為正，反之為負(fù)。Seebeck效應(yīng)、Peltier效應(yīng)和Thompson效應(yīng)均是導(dǎo)體的本征效應(yīng)，彼此之

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Approaching the minimum lattice thermal conductivity of p-type SnTe thermoelectric materials by Sb and Mg alloying[J]. Tiezheng Fu,Jiazhan Xin,Tiejun Zhu,Jiajun Shen,Teng Fang,Xinbing Zhao.  Science Bulletin. 2019(14)
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[3]熱電材料與器件研究進(jìn)展[J]. 朱鐵軍.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2019(03)
[4]熱電器件的界面和界面材料[J]. 胡曉凱,張雙猛,趙府,劉勇,劉瑋書(shū).  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2019(03)

博士論文
[1]P型SnTe基熱電材料的電聲輸運(yùn)及性能優(yōu)化[D]. 傅鐵錚.浙江大學(xué) 2019



本文編號(hào)：3256487