碲化铋纳米材料的制备及其在高分子复合热电材料中的应用

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1、浙江理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特另stlDH以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字日期：沙c够年；月，J日l帅籼吣吣删吣咖帅帅唧Y2551589学位论文版权使用授权书一本学位论文作者完全了解逝婆堡王太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权塑塑翌豳拦可以将学

2、位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签签字日渺‘妒年岁月／夕日导师签名：签字日月fL日浙江理工大学硕士学位论文碲化铋纳米材料的制备及其在高分子复合热电材料中的应用摘要热电材料是一种能够将热能与电能进行直接转化的材料。热电材料具有体积小、重量轻、应用方便、无噪音、安全可靠等优点已经被应用于航天、医疗、精密仪器、工业废热利用等领域。然而随着应用范围的不断扩大，热电材料价格昂贵、制备复杂、热电转化效率低等众多不足也日益凸显。热电材料的低维化和有机／无机复合材料的

3、制各成为了其新的发展方向。碲化铋及其衍生物是目前室温条件下性能最好的热电材料之一。从理论推测和目前的实践证明一维结构的碲化铋纳米材料性能最好。对一维结构碲化铋纳米材料形貌调控的研究有望进一步提高其热电性能。以高分子材料为基体，与碲化铋纳米材料复合制备高分子复合热电材料，有利于降低热电材料的成本，便于加工成型。因此本文结合了热电材料发展的新方向，先采用热溶剂法制备出了晶须状、棒状、颗粒状碲化铋纳米材料，重点研究了一维碲化铋纳米棒的形貌调控及其生长机理。然后选取制备的碲化铋纳米棒与聚醋酸乙烯酯复合制备高分子复合热电材料并对其热电性能进行了研究。获得如下结论；1、在没有聚乙烯吡咯

4、烷酮的条件下，所制备的碲化铋纳米材料呈晶须状。随着氢氧化钠浓度的不断增加，碲化铋晶须从长度为59m以上，晶须间交错生长。形貌规整度较差变为长度减小到lgm左右，晶须间交错生长明显减少，形貌规整度提高。这说明了可以通过改变氢氧化钠的含量对碲化铋纳米材料的形貌进行调控。2、在没有氢氧化钠的条件下，随着聚乙烯吡咯烷酮含量的不断增加，所制备的碲化铋尺寸不断变小，从碲化铋纳米晶须向碲化铋纳米颗粒转变。当聚乙烯吡咯烷酮浓度为2．59／L时，碲化铋纳米材料的长度变为120nto左右，直径减小为60nm左右，尺寸规整度明显提高。这是由于聚乙烯吡咯烷酮吸附于晶体表面阻碍晶体在某些晶面上的生长

5、，从而控制了碲化铋纳米材料的形貌。这说明了可以通过调节反应溶液中聚乙烯吡咯烷酮的含量对碲化铋纳米材料形尺寸大小以及形貌规整度。3、进一步研究发现在聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化钠都存在的情况下，所制备的碲化铋纳米材料呈棒状结构。当聚乙烯吡咯烷酮浓度保持在2．59／L时，随着氢氧化钠含量的增加，碲化铋纳米棒长度先边长后变短。当氢氧化钠浓度为7．59m时，纳米棒的长度达到了500nm左右，纳米棒形貌高度统一。当氢氧化钠浓度保持在59，L时，随着聚乙烯吡咯烷酮浓度的l浙江理工大学硕士学位论文碲化铋纳米材料的制各及其在高分子复合热电材料中的应用不断提高，纳米棒的长度也出现了先变长后变短的现

6、象。此时聚乙烯吡咯烷酮浓度为59／L时，纳米棒的长度达到了lgm左右。这说明了在聚乙烯吡咯烷酮和氢氧化钠共同作用下，通过对反应速度和晶体生长的定向调控，可以制备出直径小，长度较长，形貌规整度高的碲化铋纳米材料。4、研究发现随着碲化铋含量的不断提高，复合材料热导率和电导率没有明显变化，但是赛贝克系数明显提高。其中碲化铋含量为25％时，此时复合材料的的赛贝克系数达到了389V／K，而热导率仅为0．405W／mK，ZT值为1．08×1009，ZT值比碲化铋含量为5％时提高了2个数量级。这是由于碲化铋含量的提高促进了复合材料赛贝克系数和电导率的提高，保持了较低的热导率，从而提高了Z

7、T值。进一步研究发现，加入铜纳米粒子后，随着铜含量的不断提高，复合材料的电导率明显提高，从6．3×10-14S／m提高到6．7×10-6S／m，提高了8个数量级。热导率略有提高，而赛贝克系数没有明显变化。因此，当碲化铋和铜的含量分别为25％时，此时复合材料的电导率达到了6．7×10～S／m，而ZT值达到了3．14×10—2，比没有加入铜纳米粒子时相比提高了7个数量级。说明通过加入铜纳米粒子来提高复合材料热电性能的方法是有效可行的。关键词：热电材料；碲化铋；聚醋酸乙烯酯；复合材料；纳米材料；热溶剂法浙江理工大学硕士学