碲化铋纳米棒的制备及其形貌调控研究-论文.pdf

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1、浙江理工大学学报(自然科学版)，第31卷，第4期，2014年7月JournalofZhejiangSci—TechUniversity(NaturalSciences)Vo1．31，No．4，Ju1．2014文章编号：1673—3851(2014)04—0401—05碲化铋纳米棒的制备及其形貌调控研究姚金松，张星云，帅宁，孙玉廷，王家俊(浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，杭州310018)摘要：以亚碲酸钠、氯化铋为原料，水合肼为还原剂，乙二醇为溶剂，聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，氢氧化钠作为生长调节和控制剂制备碲化铋纳米棒。探索通过调节氢氧化钠的用量来控

2、制碲化铋纳米棒的生长。利用x射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜来分析碲化铋纳米棒的形貌特征并推导其生长机理。研究表明：在表面活性剂的协助下，随着氢氧化钠用量的增加，碲化铋纳米棒的长度先变长后变短，而纳米棒的直径逐渐减小。为一维碲化铋纳米材料的制备及形貌调控提供了新途径。关键词：热电材料；碲化铋；纳米棒；生长机理中图分类号：0641．53文献标志码：A佳、研究最热门的热电材料之一_1。‘n]。采用不同方0引言法可制备不同形貌的纳米结构碲化铋及其衍生物热电材料作为一种能进行电能和热能直接转换相，其形貌可有棒状、花朵状、片状、管状等[1214]。合的材料，近年来越来越多

3、地引起人们的关注¨1]。利成方法主要有电化学沉积、水热法、热溶剂法、微波用热电材料制备的热电装置有着广泛的应用前景，加热法等『1。在上述众多制备方法中，热溶剂法作如利用废热转化成电能的发电装置，全固态环境友为一种简便、投入少、高产出的制备方法被广泛好型的制冷装置等等[2_3l。热电材料将热能转化成应用。电能的转化效率由热电优值(ZT)来决定。ZT一一维结构的棒状碲化铋纳米材料即碲化铋纳(aS。／k)T，其中为电导率、S为赛贝克系数、k为米棒，其理论值远高于其他形貌纳米结构的热热导率、丁为绝对温度。在过去的几十年中，块体电材料I7]。通过对碲化铋纳米棒形貌调控的研(bul

4、k)热电材料的ZT值提高有限，这也限制了热究，增加纳米棒的长度、减小纳米棒的直径，有望电材料的推广与应用_4]。进一步提高其热电性能。因此，采用不同的实验近年来，随着纳米结构热电材料的研究，使得热方法、实验原料和制备条件来调控碲化铋纳米棒电材料的ZT值有了大幅度的提高_5]。纳米结构的长度和直径成为了研究重点。然而在众多采用材料提高热电性能的原因主要有两个：a)纳米结构热溶剂法研究碲化铋纳米材料形貌调控的方法热电材料能通过声子界面散射来降低材料的热导中，没有对氢氧化钠的用量对碲化铋纳米棒的形率，同时保持电导率尽可能小地受到影响．b)纳米貌影响做深入研究_l引。结构具有量

5、子限制效应(quantumconfinement本文以亚碲酸钠、氯化铋为原料，采用热溶剂effect)，并且能在界面散射低能电子，从而提高材料法，利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂，氢的赛贝克系数_7]。氧化钠作为生长调节和控制剂，制备不同形貌的碲目前，碲化铋及其衍生物是室温条件下性能最化铋纳米棒，并探索其生长机理。收稿日期：2O13—12一lO作者简介：姚金松(1987一)，男，浙江兰溪人，硕士研究生，主要从事热电材料的研究。通信作者：王家俊，E—mail：wangjjhz@163．corn404浙江理工大学学报(自然科学版)2014年第3l卷处由于颗粒大小差

6、异而导致碲化铋纳米棒的直径不[6]VineisCJ，ShakouriA，MajumdarA，eta1．Nanostruc—一致；另一方面由于实验过程中是亚碲酸钠在水合turedthermoelectrics：bigefficiencygainsfromsmal1features[J]．AdvancedMaterials，2010，22(36)：3970~肼作用下还原成碲单质，加入氯化铋后铋单质包裹3980．于碲单质表面，在加热条件下相互迁移，形成碲化铋[7]HicksLD，DresselhausMs．Thermoelectricfigureof化合物。在相互迁移过程产生

7、了结构应力，在结构应meritofaone-dimensionalconductor[J]．PhysicalRe—力作用下，纳米颗粒内部扭曲产生了部分缺陷_2¨。viewB：CondensedMatter，1993，47(24)：1663卜图3c和图3d可见，NaOH用量的增加，使得组16634．成碲化铋纳米棒的单颗纳米颗粒体积变小，钠米棒[8]HicksLD，DresselhausMS．Effectofquantum-well平均长度从原来的100nlTl左右减小到40nm左structuresonthethermoelectricfi