部分Ⅳ-Ⅵ族热电材料制备及性能研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xienengxian0615
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随着人类活动的日益加剧,能源的供需矛盾日益突出。热电材料作为一种能够进行热与电相互转换的材料,具有体积小、无噪声、可靠性高等显著优点。铅的硫族化合物是研究最早的热电材料之一,在相应温区内获得了最高的热电优值。但是,铅的硫族化合物的有毒性和高造价制约着它的大范围推广应用。因此,寻找一种合适的新材料成为热电材料研究的重点。  使用机械合金化与放电等离子烧结相结合的方法制备了Nb掺杂PbSe。Nb掺杂PbSe有效的调整了PbSe的载流子浓度。此外,Nb还具有调整PbSe能带结构的功能,Nb对PbSe能带结构的调整提升了PbSe的Seebeck系数。载流子浓度的优化和Seebeck系数的提升,使Nb掺杂PbSe的zT值由0.82提升至1.1。通过机械合金化与放电等离子烧结相结合的方法制备了Al掺杂PbTe。Al掺杂PbTe有效的调整了PbTe的载流子浓度。PbTe中的Al还具有调整PbTe能带结构的作用,Al对PbTe能带结构的影响提升了PbTe的Seebeck系数。载流子浓度的优化和Seebeck系数的提升使PbTe的热电优值由0.62提升至1。  采用熔融法与放电等离子烧结相结合的方法分别制备了Ag、Na掺杂多晶SnS。研究了Ag、Na掺杂多晶SnS热电性能的各向异性。与Na掺杂多晶SnS相比,Ag掺杂SnS具有更高的载流子有效质量。第一性原理计算证明,Ag掺杂多晶SnS的高载流子有效质量来自于SnS中的Ag对能带扁平化的作用,使Ag掺杂SnS相对Na掺杂SnS获得了更高的Seebeck系数。使用Ag、 Na掺杂SnS后,分别使热电优值较未掺杂多晶SnS均提升了2倍以上。  使用熔融法与放电等离子相结合的方法制备了SnS1-xSex固溶体。研究了不同Se含量对晶格常数、禁带宽度和不同方向的Seebeck系数、电阻率、热导率的影响。Se的掺入导致热导率迅速降低,使zT值在平行于压力方向由0.1提升至0.82,在垂直于压力方向由0.18提升至0.62。
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