SnSe单晶生长与性能研究

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1、学校代码：10259密级：上海应用技术大学专业学位硕士学位论文题目：SnSe单晶生长与性能研究英文题目：GrowthandpropertiesofSnSeSingleCrystals工程领域：化学工程学院：材料科学与工程学院学号：156081108姓名：李雨萌校内导师：徐家跃教授企业导师：金敏正高级工程师2018年1月5日上海应用技术大学硕士学位论文第I页SnSe单晶生长与性能研究摘要热电材料可以实现热能和电能的直接相互转换，在余热利用、便携式电动制冷、深空卫星探测器电源等领域有实际的应用。热电材料主要有半导体晶体、化合物及其材

2、料，其中Bi2Te3、PbTe、SiGe是目前实际应用的几种主要热电材料。SnSe晶体是一种极具应用潜力的新型半导体热电材料。SnSe具有正交晶系，层状结构，超低晶格热导率（0.23W/m·K，923K），是一种结构简单、环境友好、化学性质稳定的层状半导体材料，成为国内外研究热点。但是，SnSe具有层状结构，容易解理，传统生长方法无法获得大尺寸、高质量的晶体，因此开展SnSe单晶生长的系统研究非常重要。本文采用水平布里奇曼法生长了SnSe单晶，获得尺寸为35×15×15mm3和35×20×15mm3的高质量SnSe单晶，并分别加

3、工了（400）、（020）、（002）等多个方向的片状晶体。利用自主研发的物理综合性质测量系统测试电导率和Seebeck系数，采用激光导热仪测试热扩散系数D、比热Cp和热导率κ，利用热膨胀仪测试热膨胀系数△L/L，利用维氏硬度仪、纳米压痕仪测试了SnSe单晶的力学性能参数，包括硬度、弹性模量等。研究结果表明，SnSe的电导率和热导率具有明显的各向异性。ZT值从300K升温至520K，ZT（400）和ZT⊥（400）的ZT值缓慢增加接近各向同性，ZT（400）从0.04缓慢增加到0.06，ZT⊥（400）从0.04增加到0.05。

4、当温度从520K上升到800K时，ZT（400）和ZT⊥（400）都达到最高值，分别为1.1和0.24，两个方向的ZT值差异明显增大。随着温度的继续升高，ZT（400）和ZT⊥（400）的值快速下降，在850K时分别达到0.5和0.05，表明从Pnma到Cmcm的相变对热电性能的增长具有较大的影响。首次实验测得了c轴的负膨胀系数-4.27%，与文献相吻合。分别获得了（400）和（020）面的硬度和弹性模量，其数值介于GaAs与CdZnTe之间。关键字：SnSe单晶；热电性能；力学性能；水平布里奇曼法第II页上海应用技术大学硕士学

5、位论文GrowthandPropertiesofSnSeSingleCrystalsAbstractThermoelectricmaterialscanrealizethedirectconversionbetweenheatandelectricenergy,withpracticalapplicationinthewasteheatutilization,portableelectricrefrigeration,powersupplyofdeepspacesatellitedetectorandotherfields.Th

6、ermoelectricmaterialsaremainlysemiconductorcrystals,compoundsandtheircomposites,inwhichBi2Te3,PbTe,SiGearethemajorthermoelectriccompoundswithcommercialapplication.Withlayeredorthorhombicstructure,SnSepossessesultralowlatticethermalconductivity(0.23Wm-1K-1,at923K)andh

7、ighZTvalues,andhasattractedintensiveattentionasanewthermoelectricmaterial.Thiscompoundisalsoasimple,greenandchemicallystablelayeredsemiconductormaterial.However,duetoitslayeredstructureandcleavagehabit,theconventionalsinglecrystalgrowthmethodisverydifficulttoobtainla

8、rge-sizeandhigh-qualitySnSecrystals.Therefore,itisverynecessarytocarryoutasystematicstudyonthegrowthofSnSesinglecrystal.Inthispaper