多元碲化物热电材料制备和性能

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1、浙江人学硕士学位论文多元碲化物热电材料的制各与性能摘要热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的功能材料，在温差发电和热电制冷等领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。Bi2Tc3基和GeTe基化合物等碲化物具有高的无量纲热电优值z丁，是目前常用的热电材料之一。制备多元合金可以优化材料的成分，提高材料的热电性能。本文采用真空熔炼合成方法，以Bi、Te、Ge等单质为原料制备了Bi2Te3基和GeTe基多元化合物。应用XRD、SEM等手段对化合物进行了物相成分和微观形貌结构的分析。对部分熔炼试样粉末采用真空热压技术进行热压，其他的熔炼合金直接切割成条状试样，测量所有试样的热电性能。本文主

2、要取得以下研究结果：1．以元素A卧Bi、Sb、rre为原料，真空熔炼合成四元合金AgxBio5SbI5-xTe3。研究发现含Ag四元合金电导率比三元合金Bbsbl5Te3有明显提高，但Seebeck系数下降。添加Ag后载流子浓度增加，本征激发移向更高的温度。四元合金A902Bio5sblaTe3具有较高功率因子，在550K时达1．7×10。W一11t‘1K‘2。2，四元合金ZnxBio5Sbl．5-xTe3的电导率和Seebeck系数受合金中zn含量的影响。当x=0．2时，合金的电导率和Seebeck系数均出现最大值。室温时i种合金电学性能相差较大，高温时差异变小，室温附近合金试样功率因

3、子的最大值为1．83x10～W-m。K。。四元合金Sn。Bio5Sbl5．xTe3的电导率随着x值的增大而下降，x=0．5的试样Seebeck系数最人。三种合金试样的功率网子均随温度的升高而增加。3．Bi2Te295seol5j元合金掺杂Sbl3导电类型由P型转变为n型。合金经快速凝固和球磨工艺处理得到的粉末热压后，试样断面微观形貌存在差异：快凝粉末热压的试样具有较大尺寸的晶粒．局部位置层与层之问有分裂，球磨粉末热压的试样晶体晶粒尺寸相对较小，仅几个微米，层与层结合比较紧密，致密度高。球磨粉末热压试样具有较小的热导率，热导率随温度的升高而升高，但由于功率因子比较小，所以最大的热电优值为1

4、．42×10-3K一。4．三元合金Ge．sb—Te为P型半导体，合金的电导率高，达到4．5×10’S·m～，电导率随合金中Sb含量的增加而降低。合金Ge45Sb5"Fe50的电学性能最好，640K功率因子为2．49x10～W．m一1K～。Ge—Bi—Te三兀合金中f扫于存在第二相，与Ge—Sb—Te三元合金相比电导率低，Seebeck系数高。Ge—Sb-Te—Se四元合金也具有较高的电导率，sb含量高的两个试样显示高的电学性能。浙江大学硕士学位论文多元碲化物热电材料的制各与性能5．掺杂少量PbTe不会改变Bi2Te3的晶体结构。比较试样的Seebeck系数发现，掺杂浓度低的试样seebe

5、ck系数低，掺杂浓度高的试样Seebeek系数高，试样室温附近电学性能较好。关键词：热电材料；熔炼；多元合金；Bi2Te3；GeTe；热电性能浙江大学硕士学位论文多元碲化物热电材料的制各与性能AbstractThermoelectric(’IE)materialsareakindofsemiconductorfunctionalmaterials，whichCallbeusedtoconveaheatenergydirectlyintoelectricityorreversely．TheyareofinterestforapplicationsinTEcoolingdevicesandp

6、owergenerators．Bi2T3一basedandGeTe—basedcompotmdshavehighdimensionlessfigureofmerit．Theyareoneofthecommonlyusedthermoelectricmaterials．Thepreparationofmulticomponentalloycanoptimizematerialcompositionsandimprovethermoelectricproperties．Inthiswork,Bi2T3-basedandGeTe-basedmulticomponentalloysareprep

7、aredbyvacuummeltingfrompureBi，Te，Geandotheralloyingordopingelements，andalsobyvacuumhotpressingfromthealloypowders．Thestructureandmorphologiesofthecompoundswereinvestigatedbyx—raydiffraction(XRD)andscanningelectronmicro