三元硫?qū)倩衔锇雽?dǎo)體材料由于其具有高效、可調(diào)的電與熱輸運(yùn)性質(zhì)、高元素豐度和低毒性等優(yōu)點(diǎn),在基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域扮演著非常重要的角色。尋找一種操作簡單、高效率的合成方法來制備這種半導(dǎo)體材料,通過調(diào)控其晶體組分與形貌,來改變它們的帶隙,已經(jīng)受到科學(xué)家越來越多的關(guān)注。由地球上儲量豐富的三種元素構(gòu)成三元半導(dǎo)體材料Cu-Sb-S體系,其帶隙隨著Cu-Sb-S晶體組分、形貌的改變而改變,是構(gòu)建熱電、光電器件的優(yōu)異備選材料,具有巨大的潛在價(jià)值。同時(shí),ZnIn₂Se₄因?yàn)榫哂械偷谋菊骶Ц駸釋?dǎo)率,被認(rèn)為是極具前景的N型熱電材料。研究發(fā)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)高性能熱電材料的關(guān)鍵在于熱電材料具有高的導(dǎo)電性,高的賽貝克系數(shù)以及低的晶格熱導(dǎo)率。這些性能受其材料本身的制備過程和結(jié)構(gòu)性能影響。因此,本論文具體研究內(nèi)容如下:（1）研究了一種低成本、高效的Cu-Sb-S體系納米材料的制備新方法,并深入研究了反應(yīng)溫度,反應(yīng)時(shí)間和前驅(qū)體化學(xué)計(jì)量比對Cu-Sb-S體系合成物的影響,成功合成了單相的Cu₃SbS₄和Cu₁₂Sb

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Seebeck效應(yīng)

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4子擴(kuò)散為例，由于電子由高溫端向低溫端擴(kuò)散使得熱端帶正電而冷端帶負(fù)電。此時(shí)，材料中形成一個(gè)內(nèi)建電場，當(dāng)電場方向與電子擴(kuò)散方向相同時(shí)，會阻礙電子進(jìn)一步向冷端擴(kuò)散；當(dāng)電場強(qiáng)度完全阻止了電子擴(kuò)散時(shí)，該過程達(dá)到平衡，此時(shí)材料兩端的電勢差被稱為賽貝克電勢，如圖1-2(d)所示。這種由溫度梯度促使載流子定向移動的過程，本質(zhì)上是熵變，所以Seebeck系數(shù)與正電荷載流子傳輸?shù)撵爻烧取?a)(b)(c)(d)圖1-2賽貝克效應(yīng)原理。(a)均勻溫度場下，載流子做無規(guī)則運(yùn)動；(b)存在溫度梯度時(shí)，載流子由熱端向冷端擴(kuò)散；(c)熱冷兩端載流子的能量分布；(d)載流子的定向運(yùn)輸所產(chǎn)生的電場1.2.2佩爾捷（Peltier）效應(yīng)佩爾捷效應(yīng)于1834年被法國科學(xué)家Peltier發(fā)現(xiàn)，其在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于導(dǎo)電回路由兩種不同性質(zhì)的材料組成，通電時(shí)會在接頭處分別產(chǎn)生較小的放熱或者吸熱現(xiàn)象，接頭處表現(xiàn)為吸熱或放熱由導(dǎo)體材料以及電流方向來決定，導(dǎo)體接頭處吸收或釋放的熱量多少僅決定于接頭處的溫度以及導(dǎo)體本身性質(zhì)。為了紀(jì)念發(fā)現(xiàn)者JeanPeltier，科學(xué)家們把這種現(xiàn)象稱為Peltier效應(yīng)[8]。Peltier效應(yīng)的原理如圖1-3(a)所示，將導(dǎo)體2中間斷開，并接上電流為j的恒流電源，由于電流方向不同，左邊不同材料接頭處表現(xiàn)為吸收熱量，而右邊不同材料接頭處則表現(xiàn)為釋放熱量。在單位面積接頭處，單位時(shí)間dt內(nèi)，吸收或釋放的熱量dQ會與電流I成正比：12IdQdt（1-3）

第一章緒論5(a)(b)圖1-3Peltier效應(yīng)。(a)原理圖；(b)能帶示意圖公式（1-3）中，比例系數(shù)12是一個(gè)與溫度相關(guān)的函數(shù)，稱為相對Peltier系數(shù)，其單位為伏特，符號為V。它不是界面效應(yīng)，而是一種體效應(yīng)。通過能帶分析Peltier效應(yīng)，如圖1-3(b)圖所示，假設(shè)回路中電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，由于金屬與半導(dǎo)體接觸后費(fèi)米能級一致，半導(dǎo)體導(dǎo)帶中高能級的電子轉(zhuǎn)移到金屬的費(fèi)米能級上時(shí)，會釋放出熱量；相反，金屬中費(fèi)米能級上的電子轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體中的導(dǎo)帶時(shí)，會吸收熱量。1.2.3湯姆遜（Thomson）效應(yīng)在1855年，英國科學(xué)家WilliamThomson用熱力學(xué)的方法詳細(xì)分析了以上兩個(gè)效應(yīng)并建立了賽貝克效應(yīng)和佩爾捷效應(yīng)之間的關(guān)系，即證明了佩爾捷效應(yīng)是賽貝克效應(yīng)的一個(gè)逆過程，提出了一個(gè)在均質(zhì)材料必然存在的第三種效應(yīng)，Thomson效應(yīng)[9]。對于單一、內(nèi)部均勻、且存在溫度梯度的半導(dǎo)體材料，通電時(shí)，除了因?yàn)殡娮瓒a(chǎn)生的焦耳熱之外，也會產(chǎn)生一個(gè)可逆的放熱或吸熱過程。單位體積、單位時(shí)間dt內(nèi)吸收或放出的熱量dQ與溫度梯度和電流密度成正比，假設(shè)電流從溫度較高的T+dT端流向溫度較低的T端，那么滿足以下關(guān)系式：dQdTIdtdx(1-4)式1-4中，比例系數(shù)β是導(dǎo)體的Thomson系數(shù)，其單位是V/K。如果溫度梯度與電流方向相反，若導(dǎo)體放熱，則Thomson系數(shù)是正的，反之為負(fù)[1]。由于這種表達(dá)方式與物質(zhì)比熱的定義非常相似，因此湯姆遜形象地稱β為“電流的比熱”。


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