2Te3)-热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3).doc
纳米碲化铋的合成及其性能的研究
宁夏大学硕士学位论文第一章绪论纳米Ｂｉ２Ｔｅ３作为一种良好的中低温半导体材料，应用范围广，备受研究者的关注。
目前已有很多研究者在可控合成低维纳米Ｂｉ２Ｔｅ３方面取得了一些可喜的成果，但进一步改善纳米碲化铋的热电性能，发展温差发电和通电制冷对拓宽其潜在应用前景具有重要的科学研究价值和积极意义。
１．２热电效应热电效应是由温差引起的电效应和由电流引起的可逆热效应的总称。
主要包括三个效应：塞贝克效应、珀耳帖效应和汤姆逊效应。
１．２．１塞贝克效应塞贝克效应（ｓｅｅｂｅｃｋ）是一种热能转化成电能的过程，由德国科学家Ｔ．Ｓｅｅｂｅｃｋ于１９世纪２０年代年提出【６】，当两段材质不同的导体的两端均串联在一起，构成一个封闭回路时，如图１一ｌ所示，若使两个接头１和２维持在不同的温度Ｔ１和Ｔ２（ＴＩ＞Ｔ２），即接口处存在温度差，热端的载流子（电子或空穴）就会向冷端聚集，从而形成一个内电场，并阻碍其进一步扩散，当导体内达到平衡时，导体内部无净电荷的定向移动，这个闭合回路中产生温差电流和温差电动势，即在导体ｂ的开路位置Ｙ和ｚ之间，存在电势差，称ｓｅｅｂｅｃｋ电动势。
ｓｃｃｂｅｃｋ系数定义为：＆＝ａ曲（互一五）（１－２）式中，ｓ。
是ｓｅｅｂｅｃｋ电动势，ｓ。
与结点的温差与材料性质有关，比例常数ａ曲称为材料的ｓｅｅｂｅｃｋ系数【４】，单位为一／Ｋ。
通常若在节点ｌ处（热接头），电流由导体口流进导体ｂ，ａ口６为正，反之为负。
可以看出，ｓｅｅｂｅｃｋ系数的数值大小及正负取决于口与ｂ的性质，而与温差梯度的大小、方向无关翻。
一般认为ｐ．型半导体ｓｅｅｂｅｃｋ系数为正，ｎ．型材料的ｓｅｅｂｅｃｋ系数为负。
导体ａＴ２ｙＺ图１．１塞贝克系数示意图１４】宁夏大学硕士学位论文第一章绪论子键的混合键，Ｂｉ．Ｔｅ（２）ｑ，间是共价键，而ＴｅＯ）．Ｔｅ（２）中之间是范德华力。
Ｔｅ、Ｂｉ原子在ＢｈＴｅ３晶核上的结合主要在ａ、ｂ轴方向发生，沿ｃ轴向的电子迁移率和空穴迁移率率分别是沿平行于ａｂ面（解理面）的ｌ缮和ｌ／３，而沿Ｃ轴方向的晶格热导率是沿平行于解理面方向的２倍【ｌ引，所以单晶材料在平行于解理面方向上具有最大热电优值。
Sb2Te3基热电材料简介--李特
Sb2Te3基热电材料简介学院：理学院专业：光信息科学与技术姓名：李特学号： 0836005前言材料的热电效应(又称温差电效应)，是电能与热能之间的相互耦合转换，从发现热电现象至今己有近200年的历史，然而真正将这一现象发展为有实用意义的能量转换技术与装置则是在20世纪50年代。
热电材料(又称温差电材料)是将热能和电能进行转换的功能材料，在热电发电和制冷、恒温控制与温度测量等领域都有极为广阔的应用前景。
利用热电材料制成热电器件能够实现“热．电”的直接转换。
热电器件具有很多独特的优点，如结构紧凑、没有运动部件、工作无噪声、无污染、安全不失效等，在少数尖端科技领域己经获得了成功的应用。
近年来，随着计算机技术、航天技术、微电子技术、超导技术的发展，能源与环境危机的加剧，迫切需要小型、静态且能固定安装的寿命长的制冷装置和温差发电装置。
与此同时，热电理论的发展和对热电材料实际应用研究的不断深入，热电学研究显示出了更为广泛的应用前景和发展潜力。
热电转换技术是利用半导体材料的Seebeck效应将热能转换成电能的一种新的能源转换和发电技术。
因此，热电转换技术作为一种新型的、环境友好型能源转换技术，由于其可望广泛应用于大量而分散存在的低密度热能(如太阳热、垃圾燃烧余热、工厂排热、以及汽车尾气排热等)的热电发电，而引起世界各国特别是发达国家的高度重视。
一、热电学的基本理论热电效应是由温差引起的电效应和电流引起的可逆热效应的总称。
包括Seekbeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
1823年，Thomas Seebeck首次发现了金属的热电效应，也称作Seebeck效应，从而开始了人类对热电材料的研究和应用。
1.1 Seebeck效应早在1821年，德国科学家Seebeck发现在锑和铜两种材料组成的回路中，当两个接点处于不同温度时，回路中便有电流流过。
产生这种电流的电动势称为温差电动势，这种现象称为赛贝克效应(Seebeckeffect)，简单的讲就是通过材料的Seebeck效应将热能直接转变为电能。
Bi2Te3基热电材料的制备及性能调控的研究
Bi2Te3基热电材料的制备及性能调控的研究Bi2Te3是一种重要的热电材料，具有良好的热电性能，因此在热电领域被广泛应用。
本文主要介绍了Bi2Te3基热电材料的制备方法以及性能调控的研究。
首先，Bi2Te3基热电材料的制备方法有多种，常见的有传统的熔炼法、热喷涂法、化学气相沉积法等。
熔炼法是最常用的制备方法之一。
它通过将适量的Bi和Te溶解在一起，然后在高温下熔炼，最后通过冷却形成Bi2Te3晶体。
热喷涂法是一种快速制备大面积Bi2Te3薄膜的方法。
它通过将Bi2Te3的粉末加热到高温，然后通过喷嘴喷射到基底上，形成连续的Bi2Te3薄膜。
化学气相沉积法是一种较新的制备方法，它通过将Bi和Te的有机物在高温下分解，然后使其在基底上重新结晶形成Bi2Te3薄膜。
Bi2Te3基热电材料的性能调控主要包括微结构调控、化学成分调控和外界条件调控三个方面。
微结构调控是通过改变Bi2Te3的晶粒尺寸和形貌来调节其热电性能。
研究表明，当Bi2Te3的晶粒尺寸较小且形貌为片状时，其热电性能更优越。
因此，可以通过调节制备方法中的晶体生长条件来控制晶粒尺寸和形貌。
化学成分调控是通过改变Bi2Te3的化学成分来调节其热电性能。
例如，在Bi2Te3中引入杂质可以调节其导电性和热导率，从而提高其热电效应。
外界条件调控是通过改变Bi2Te3的外界环境来调节其热电性能。
例如，改变Bi2Te3的温度和压力可以改变其电阻率和热导率，进而影响其热电性能。
Bi2Te3基热电材料的性能调控研究主要目的是提高其热电效应，从而提高其热电转换效率。
研究表明，Bi2Te3的热电转换效率与其热导率和电导率之间的比值有关。
因此，提高Bi2Te3的热电效应的方法主要有两个方面：一是降低其热导率，二是提高其电导率。
降低热导率的方法包括减少晶体缺陷、提高晶体质量、增加晶界和介质散射等。
提高电导率的方法包括引入杂质、控制载流子浓度、优化掺杂等。
通过以上方法的综合调控，可以显著提高Bi2Te3的热电效应。
材料科学基础 功能材料—碲化铋
碲化铋是个半导体材料，具有较好的导电性，但导热性较差。 熔点 ：585℃，密度 ：7.642 g/mL，与水反应或与强氧化剂 反应产生轻微爆炸，与水或湿气反应释放有毒易燃气体; 受 热分解有毒碲氧化物烟雾。
Bi2Te 3 是一种天然的层状结构材料，为 三角晶系。 沿 c 轴方向层与层之间以—Te (1) — Bi—Te (2) —Bi—Te (1) —秩序排列 。 一般认为原子层内部成键方式以共价 键为主，其中 Te (1) —Bi 是共价键与 离子键的混合键，Bi—Te (2) 之间是 共价键，而 Te (1) —Te (2) 之间是范 德华力，两个相邻的 Te 原子层间距为 0. 25 nm。Bi 2 Te 3 晶体具有明显的各 向异性，在垂直于晶体 c 轴的晶面(001) 面，主要靠 Te (1) 与Te (1) 原子 间的范德华力结合，作用力微弱，晶体 易解理。
One
溶剂热法
反应简单易于控制，但看不到反应过程
Two 两步液相反应法
产率高，热电优值高
温差发电：利用海水的温差进行发电。海洋不同水层之间的温差很大，一般表
层水温度比深层或底层水高得多。发电原理是，温水流入蒸发室之后，在低压 下海水沸腾变为流动蒸气或丙烷等蒸发气体作为流体，推动透平机旋转，启动 交流电机发电；用过的废蒸气进入冷凝室被海洋深层水冷却凝结，再进行循环。 据估算，海洋温差能一年约能发电15×10^8=15亿千瓦。
热电制冷：利用热电效应的制冷方法，工作时制冷器的一端温度就会降低，而另
一端的温度就会同时上升。值得注意的是，只要改变电流方向，就可以改变热流的 方向，将热量输送到另一端。所以，在一个热电制冷器上就可以同时实现制冷和加 热两种功能。因此，热电制冷器还可以用于精确的温度控制。
2Te3)-热电纳米材料碲化铋.doc
2Te3)>热电纳米材料碲化铋（Bi2Te3）-热电材料是一种在固体状态下就可使热能与电能相互转换（静态能量转换）的材料。
它能做成重量轻、体积小的微型半导体制冷器，解决计算机技术、航天技术、超导技术及微电子技术等高技术领域的制冷难题。
目前，热电半导体产业已延伸至国际上最为热门的新材料、新能源等高新产业。
商用热电行业的原料主要是Bi2Te3基热电半导体材料。
Bi2Te3基热电半导体材料以炼铜的副产物铋、碲、硒等为原料，按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3基热电半导体晶棒。
目前，用低维化和纳米化来实现电、声输运特性的协同调控，从而优化材料的热电性能，是热电材料领域的一个重要研究方向。
主要通过外混、原位复合等方式引入纳米颗粒，纳米颗粒的散射中长波长的声子，从而降低材料的晶格热导率，同时纳米化有助于载流子在费米能级附近态密度的提高，纳米颗粒构成的界面所产生的界面势垒能有效过滤低能量载流子，从而增大赛贝克系数。
本书综述了热电纳米材料碲化铋（Bi2Te3）的最新研究进展，包括最新的合成方法、结构表征方法、热电性能及理论模型分析，另外，书中还介绍了热电材料器件应用于不同的新能源发电设备以及分析热电材料的商业潜能。
全书共12章：1.热电材料的概述。
包括热电材料的Seebeck 效应、Peltier效应等三种热电效应，半导体材料等内容；2•电沉积法制备Bi2Te3基薄膜和纳米线；3.Bi2Te3纳米线电沉积于高分子径迹蚀刻膜的合成和表征；4.V2VI3薄膜纳米合金材料的合成和结构及传输性能表征；5.Bi2Te3薄膜材料结构和传输性能研究；6.Bi2Te3基块体纳米材料的合成方法、热电性能分析；7.Bi2Te3纳米线、纳米复合材料及纳米块体材料的高能X射线和中子散射分析方法；8.Bi2Te3纳米材料的结构分析，包括单晶纳米线的化学计量分析、化学模拟分析及电子传输系数的计算等; 9.Bi2Te3晶体点缺陷的密度函数理论研究；10.基于玻尔兹曼理论从头开始描述热电性质；11.VVI复合薄膜和纳米线的热导性测试方法及热电价值分析；12.用于表征纳米材料结构及单根纳米线热电性能研究的热电纳米线表征平台（TNCP ）的发展。
碲化铋热电材料
1、铋系热电材料概述：进入21 世纪以来，随着全球工业化的发展，人类对能源的需求不断增长，在近百年中，工业的消耗主要以化石类能源为主。
人类正在消耗地球50 万年历史中积累的有限能源资源，常规能源已面临枯竭。
全球已探明的石油储量只能用到2020 年，天然气只能延续到2040 年左右，煤炭资源也只能维持2300 年左右。
且这两种化石燃料，在使用时排放大量的CO2、SO2、NO、NO2等有害物质，严重污染了大气环境、导致温室效应和酸雨。
引起全球气候变化，直接影响人类的身体健康和生活质量，严重污染水土资源。
因此，开发新型环保能源替代材料已越来越受到世界各国的重视。
其中发展新型的、环境友好的可再生能源及能源转换技术引起了世界发达国家的高度重视。
热电半导体是采用热电效应将热能和电能进行直接转换的一种无污染的绿色能源产品。
其中温差发电是利用热电材料的Seebeck效应, 将热能直接转化为电能, 不需要机械运动部件, 也不发生化学反应。
热电制冷是利用Peltier效应, 当电流流过热电材料时, 将热能从低温端排向高温端, 不需要压缩机, 也无需氟利昂等致冷剂。
因而这两类热电设备都无振动, 无噪音, 也无磨损, 无泄漏, 体积小, 重量轻, 安全可靠寿命长, 对环境不产生任何污染, 是十分理想的电源和制冷器。
于是美国能源部、日本宇宙航天局等发达国家的相关部门都将热电技术列入中长期能源开发计划, 我国也将热电列入国家重点基础研究发展计划(973)的大规模发展的新能源计划中。
在21世纪全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下, 热电技术更成为引人注目的研究发展方向。
热电半导体行业在全球来说作为一个新兴行业,每年以超过1倍的速度增长。
目前, 已经商用的热电行业的原料最主要的是Bi2Te3基热电半导体材料。
商业化的B i2Te3基热电半导体材料以炼铜行业的副产物铋、碲、硒等为原料, 按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3 基热电半导体晶棒。
n型碲化铋的态密度有效质量
n型碲化铋的态密度有效质量
n型碲化铋（Bi2Te3）是一种重要的热电材料，它具有优异的热电性能。
在研究热电材料的性质时，有效质量是一个重要的物理量，它描述了载流子在晶格势场中的运动特性。
对于n型碲化铋，其有效质量可以从不同角度来讨论。
首先，我们可以从理论计算的角度来研究n型碲化铋的态密度有效质量。
理论上，可以使用第一性原理计算方法，如密度泛函理论（DFT）来计算电子的能带结构，并由此推导出有效质量。
通过这种方法，可以得到在费米能级附近的电子的有效质量。
研究表明，n 型碲化铋的费米能级附近的电子有效质量约为0.1至0.15倍电子质量。
其次，实验角度也可以研究n型碲化铋的态密度有效质量。
例如，可以利用磁场下的电学测量方法来研究载流子的运动特性，从而间接地得到有效质量的信息。
通过霍尔效应和磁电导率的测量，可以推导出载流子的有效质量。
实验结果显示，n型碲化铋的有效质量在实验测量值和理论计算值之间存在一定的差异，这可能与材料的缺陷、杂质等因素有关。
此外，从应用角度来看，n型碲化铋的有效质量对于材料的热
电性能具有重要影响。
较小的有效质量通常意味着更高的载流子迁
移率和更好的热电性能。
因此，研究n型碲化铋的有效质量有助于
深入理解其热电性能，并为其在能源转换领域的应用提供理论基础。
综上所述，n型碲化铋的态密度有效质量是一个重要的物理量，可以通过理论计算和实验测量得到。
对于这一问题，我们可以从理
论计算、实验测量和应用三个角度来全面地进行讨论。
希望以上回
答能够满足你的要求。
2023年陕西省咸阳市杨凌区初中学业水平化学信息卷B(含解析)
2023年陕西省初中学业水平考试.信息卷化学试卷注意事项：1.本试卷分为第一部分(选择题)和第二部分(非选择题)。
全卷共6页，总分60分。
考试时间60分钟。
2.领到试卷和答题卡后,请用0.5毫米黑色墨水签字笔,分别在试卷和答题卡上填写姓名和准考证号，同时用2B铅笔在答题卡上填涂对应的试卷类型信息点(A 或B)。
3.请在答题卡上各题的指定区域内作答,否则作答无效。
4.考试结束，本试卷和答题卡-并交回。
可能用到的相对原子质量：H-1 O-16 Mg-24 Fe-56 Ag-108第一部分(选择题共18分)一、选择题( 共9小题,每小题2分,计18分。
每小题只有一个选项是符合题意的)1.小球“”和“"分别表示不同的原子,下列微观示意图表示化合物的是A. B.C. D.2.化学对改善人类生活、加快社会的发展作出杰出贡献,下列说法不正确的是A.研发易降解的生物农药和塑料制品,保障生态绿色发展B.新型复合材料在航空建筑、医疗等领域发挥重要的作用C.农业生产中用铁桶盛放波尔多液D.实验室中用液氮冷藏血液标本3.实验室用高锰酸钾制取氧气,下列有关实验的基本操作正确的是A.检查装置气密性B.取用高锰酸钾粉末C.点燃酒精灯D.验满氧气4.下列物质中，含有氧分子的是A.空气B. CO2C. KMnO4D. H2O25. 2023年中国一_中亚峰会的会标以六色石榴花形象设计。
如图所示。
六朵花瓣中的物质均能与氧气反应，下列关于六个反应的说法正确的是A.均能用于测定空气中氧气含量B.均发出白光并生成黑色固体C.均属于化合反应D.集气瓶底部均需加少量水,防止炸裂6.下列关于“水”的实验说法不正确的是A.图1中甲、乙试管内气体的体积比约为2：1B.图2中最终U形管内红墨水液面左高右低C.图2中对比a、b处现象可得出铁生锈需要与水接触D.图3中石灰水的溶质质量分数先变大后变小，玻璃弯管左侧液面降低7.化学观念是核心素养的重要组成部分。
Bi2Te3热电材料的制备技术
实验容易进行 Bi Te 纳米线的产率高 ZT值较高
2 3
溶剂热法 两步液相反应法
直流电弧等离子体法
离子束溅射技术 电化学原子层外延
直流电弧等离子体法是利用直流 电弧等离子体作为热源对材料进行加 热、蒸发、气化并在收集体表面进行 化学反应，形成超微粉，其实质是化 学气相沉积。
影响ECALE过程的几个因素：
反应电位 反应物浓度 支撑电极 PH值 沉积时间 可能使用的络合剂
这些参数强烈依赖于被沉积元素和所用衬底。
总结
除了以上各种合成方法，还有很多，比如 高压注入法、金属有机化学气相沉积、分 子束外延法(MBE)、连续离子层吸附与反应 (SILAR）、磁控溅射法、蒸镀工艺法、放 电等离子体烧结技术(SPS)等制备热电材料 的技术，我们不再一一赘述。
Thermoelectric Materials
Bi2Te3、Sb2Te3体系 PbTe体系 SiGe体系 CoSb3体系 Zn4Sb3体系
金属硅化物
研究相对成熟 热电性能较好 温度范围适合
Bi2Te3 、Sb2Te3体系适用于低温， 在室温附近热电优值达1，是最好的热电材料， 目前大多数热电制冷元件都适用此类材料。
Methods for Fabricating Bi2Te3
溶剂热法 两步液相反应法 直流电弧等离子体法
粉体
薄膜
离子束溅射技术 电化学原子层外延
溶剂热法
两步液相反应法 直流电弧等离子体法 离子束溅射技术 电化学原子层外延
制备流程图
蒸馏水 NaOH Te粉 NaBH4 添加剂十二烷基苯磺酸 钠（SDBS）或聚乙烯 吡咯烷酮（PVP） BiCl3 蒸馏水 无水 乙醇
Bi2Te3 热电材料的制备技术
碲化铋热电材料
1、铋系热电材料概述：进入21 世纪以来，随着全球工业化的发展，人类对能源的需求不断增长，在近百年中，工业的消耗主要以化石类能源为主。
人类正在消耗地球50 万年历史中积累的有限能源资源，常规能源已面临枯竭。
全球已探明的石油储量只能用到2020 年，天然气只能延续到2040 年左右，煤炭资源也只能维持2300 年左右。
且这两种化石燃料，在使用时排放大量的CO2、SO2、NO、NO2等有害物质，严重污染了大气环境、导致温室效应和酸雨。
引起全球气候变化，直接影响人类的身体健康和生活质量，严重污染水土资源。
因此，开发新型环保能源替代材料已越来越受到世界各国的重视。
其中发展新型的、环境友好的可再生能源及能源转换技术引起了世界发达国家的高度重视。
热电半导体是采用热电效应将热能和电能进行直接转换的一种无污染的绿色能源产品。
其中温差发电是利用热电材料的Seebeck效应, 将热能直接转化为电能, 不需要机械运动部件, 也不发生化学反应。
热电制冷是利用Peltier效应, 当电流流过热电材料时, 将热能从低温端排向高温端, 不需要压缩机, 也无需氟利昂等致冷剂。
因而这两类热电设备都无振动, 无噪音, 也无磨损, 无泄漏, 体积小, 重量轻, 安全可靠寿命长, 对环境不产生任何污染, 是十分理想的电源和制冷器。
于是美国能源部、日本宇宙航天局等发达国家的相关部门都将热电技术列入中长期能源开发计划, 我国也将热电列入国家重点基础研究发展计划(973)的大规模发展的新能源计划中。
在21世纪全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下, 热电技术更成为引人注目的研究发展方向。
热电半导体行业在全球来说作为一个新兴行业,每年以超过1倍的速度增长。
目前, 已经商用的热电行业的原料最主要的是Bi2Te3基热电半导体材料。
商业化的B i2Te3基热电半导体材料以炼铜行业的副产物铋、碲、硒等为原料, 按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3 基热电半导体晶棒。
铋 热电材料-概述说明以及解释
铋热电材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铋是一种重要的金属元素，具有许多独特的性质和广泛的应用领域。
作为一种化学元素，铋是一种质地较软的蓝白色金属，具有较低的熔点和很高的电导率。
除此之外，铋还表现出一种非常有趣的性质，即热电效应。
热电效应是指在温度差异存在时，材料内部会产生电压差，从而产生电流的现象。
铋热电材料正是利用了这种热电效应，具有将热能转化为电能的能力。
这种特性使得铋热电材料在能源转换和热管理领域具有重要的应用前景。
铋热电材料的研究进展正在取得令人瞩目的成果。
科学家们通过探索材料的结构、合成方法和改性技术，不断提高铋热电材料的热电性能和稳定性。
同时，也有越来越多的研究关注铋热电材料在能源转换、热电制冷和生物医学等领域的潜在应用。
然而，铋热电材料的发展还面临一些挑战和限制。
例如，铋热电材料的热电性能仍然有待进一步提高，特别是在高温和低温环境下的表现。
此外，材料的稳定性和耐久性也需要得到更好的改善。
为了解决这些问题，需要开展更深入的研究和开发工作。
总之，铋热电材料作为一种具有独特性质和广泛应用潜力的材料，在能源转换和热管理领域具有重要的意义。
随着科学技术的不断进步，铋热电材料的发展前景令人期待。
然而，我们还需要更多的努力和实验研究，以充分挖掘和应用铋热电材料的潜力，为人类社会的可持续发展做出贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分：第一部分是引言，主要概述了本文的主题和目的。
首先介绍了铋作为一种热电材料的重要性和应用前景，然后简要阐述了本文的结构和主要内容。
第二部分是正文，主要分为三个小节。
首先，介绍了铋的性质和应用。
具体包括铋的物理性质、化学性质以及在能源领域、电子领域等方面的应用。
其次，讨论了热电效应的基本原理和应用。
重点解释了热电效应的概念、原理以及在能量转换和节能方面的应用。
最后，综述了铋热电材料的研究进展。
包括了铋热电材料的制备方法、性能优化以及在热电发电、热能利用等领域的应用案例。
P型(Bi,Sb)2Te3基材料的制备及其热电性能优化研究
P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化研究P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化研究摘要：随着能源危机和环境保护问题的逐渐突出，热电材料作为一种转化废热能为电能的有效途径备受重视。
本文研究了P型（Bi,Sb）2Te3基材料的制备及其热电性能优化方法。
采用熔融冷却法制备纯度高、形貌规整的（Bi,Sb）2Te3粉末，通过热压工艺将粉末转化为块状样品。
制备过程中采用了不同的加工工艺和升温速率来优化样品的品质，通过SEM、XRD等表征手段对制备后的样品进行了形貌和结构的分析。
在优化样品制备工艺的基础上，采用继电桥法测量了样品的电阻率和霍尔系数，计算出样品的电导率、热导率和Seebeck系数等热电性能参数。
研究结果表明，采用恰当的加工工艺和升温速率能够显著提高样品的热电性能，其中，样品在873K时的热电性能最佳，其ZT值达到0.72。
关键词：（Bi,Sb）2Te3；热电材料；制备；热电性能；ZT值。
Introduction：随着能源危机和环境保护问题日益突显，如何高效地利用废热能成为一项重要的研究课题。
热电材料作为一种用于将废热能转换为电能的有效途径，在汽车、船舶、飞机、军用设备和一些高温工业生产过程中具有重要的应用前景。
P型（Bi,Sb）2Te3材料是一种功能材料，具有较高的热电性能，同时易于制备和处理。
因此，研究其制备及其热电性能优化具有重要意义。
Experimental：采用熔融冷却法制备纯度高、形貌规整的（Bi,Sb）2Te3粉末，通过热压工艺将粉末转化为块状样品。
控制样品的加工工艺和升温速率来优化样品的品质，通过SEM、XRD等表征手段对制备后的样品进行了形貌和结构的分析。
在制备出优质样品之后，采用继电桥法测量了样品的电阻率和霍尔系数等参数，并据此计算出样品的电导率、热导率和Seebeck系数等热电性能参数。
最终，通过计算ZT值来评估样品的热电性能。
Results and Discussion：通过样品的形貌和结构分析结果表明，采用恰当的加工工艺和升温速率能够显著提高样品的热电性能。
多晶碲化铋基热电材料制备及性能测试
多晶碲化铋基热电材料制备及性能测试
郭 亮， 王凤美， 米 涛 (北华航天工业学院，河北 廊坊 065000)
摘要：温差发电是利用半导体热电材料的塞贝克效应，将热能直接转化为电能的电源装置。针对单晶碲化铋材料机械性
能差的缺点，采用机械合金和放电等离子体烧结法制备了具有良好机械性能的多晶碲化铋基热电材料及其模块，无量
收稿日期：2019-01-15 基 金 项 目 ：河 北 省 教 育 厅 科 研 基 金 (Z2014086,Z2018001)；河 北 省 科 技 厅 科 研 基 金 (17211117)； 北 华 航 天 工 业 学 院 科 研 基 金 (KY-2007-02) 作者简介：郭亮（1976—），男，河北省人，讲师，硕士，主要研究方 向为复合材料。
华力相结合。Bi2Te3 能分别与 Bi2Se3 和 Sb2Te3 在整个组分范围 内形成膺二元连续固熔体合金，统称为碲化铋基材料。Bi2Te3 与 Sb2Te3 形成合金后，呈现较强 p 型特性，记为 Bi2－ Sb Te3 或 BiTe-SbTe；Bi2Te3 与 Bi2Se3 形成合金后，呈现较强 n 型特性， 记为 Bi2Sb3－ Te 或 BiTe-BiSe。
图 1 碲化铋材料的基本结构
由于 -Te(1)-Te(1)之间的结合依靠较弱的范德华力，使其沿 (0001)面(垂直于 C 轴的面)容易发生解离。传统商用材料一般 采用单晶碲化铋基材料。单晶碲化铋基材料的制备常采用提
2019.8 Vol.43 No.8ຫໍສະໝຸດ 1370研究与设计
拉法(Czochralski Method)、玻尔兹曼法(Boltzmann Method)和 区域熔炼法(Zone Melting Method)，需要严格控制生长条件，制 备的晶体表现出较强的取向性，这使得晶体在其生长方向表 现出优越的热电性能，而沿(0001)面容易发生断裂、机械性能 不佳。国内方面，大多数温差发电器主要以商用单晶碲化铋基 温差发电模块为主[5－6]，其材料晶体机械性能不佳、容易发生断 裂，而且制备时间长、材料浪费严重。这将导致材料块体的可 加工性差，温差发电器件整体可靠性不高。大功率温差发电需 要工作在较大温差下，热负荷显著，需要热电材料有较好的机 械性能。为克服单晶材料机械性能差的缺点，本文介绍了采用 机械合金(MA)加放电等离子烧结(SPS)法制备的多晶碲化铋 基热电材料及其模块，并测试了材料的主要热电性能参数。在 此基础上，通过建立的输出功率实验测试系统，从模块冷热端 导热填充介质的选择以及安装压力的优化这两个方面，对模 块的输出功率进行了优化。
n型碲化铋基热电材料、器件及应用
n型碲化铋基热电材料、器件及应用目录一、内容概括 (2)1. 研究背景及意义 (3)1.1 热电材料的应用前景 (4)1.2 碲化铋基热电材料的现状 (5)1.3 研究n型碲化铋基热电材料的重要性 (6)2. 研究目的和内容 (8)2.1 研究目的 (9)2.2 研究内容 (10)二、n型碲化铋基热电材料的基础理论 (11)1. 热电效应的基本原理 (12)1.1 热电效应的定义 (13)1.2 热电效应的基本原理及物理量 (13)1.3 热电材料的性能参数 (14)2. 碲化铋基热电材料的性质 (16)2.1 碲化铋的晶体结构 (17)2.2 碲化铋的热电性能特点 (18)2.3 n型碲化铋基热电材料的特性分析 (19)三、n型碲化铋基热电材料的制备与性能优化 (21)1. 制备工艺与方法 (22)1.1 原料选择与预处理 (23)1.2 制备工艺流程 (24)1.3 制备过程中的注意事项 (25)2. 性能优化途径 (26)2.1 掺杂优化 (28)2.2 微观结构调控 (29)2.3 复合优化 (30)四、n型碲化铋基热电器件的研究 (31)1. 热电器件的原理与结构 (33)1.1 热电器件的工作原理 (34)1.2 热电器件的结构设计 (35)1.3 热电器件的性能评价指标 (36)2. n型碲化铋基热电器件的制备与性能研究 (37)2.1 制备工艺流程 (38)2.2 器件性能表征与测试方法 (40)2.3 器件性能的优化途径 (40)五、n型碲化铋基热电材料的应用领域分析 (42)一、内容概括本文档聚焦于n型碲化铋基热电材料的研发及其在实际应用中的性能展现。
热电材料因其独特的温电转换能力，能在温差驱动下直接将热能转换为电能，从而在高效清洁能源领域展现了巨大的应用潜力。
n型碲化铋材料因其优异的电导率和热导率而成为目前最引人注目的候选材料之一。
材料合成、微观结构调控及宏观性能优化仍面临诸多挑战。
热电纳米材料碲化铋.doc
2Te3)> 热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3) -热电材料是一种在固体状态下就可使热能与电能相互转换（静态能量转换）的材料。
它能做成重量轻、体积小的微型半导体制冷器，解决计算机技术、航天技术、超导技术及微电子技术等高技术领域的制冷难题。
目前，热电半导体产业已延伸至国际上最为热门的新材料、新能源等高新产业。
商用热电行业的原料主要是Bi2Te3 基热电半导体材料。
Bi2Te3基热电半导体材料以炼铜的副产物铋、碲、硒等为原料，按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3基热电半导体晶棒。
目前，用低维化和纳米化来实现电、声输运特性的协同调控，从而优化材料的热电性能，是热电材料领域的一个重要研究方向。
主要通过外混、原位复合等方式引入纳米颗粒，纳米颗粒的散射中长波长的声子，从而降低材料的晶格热导率，同时纳米化有助于载流子在费米能级附近态密度的提高，纳米颗粒构成的界面所产生的界面势垒能有效过滤低能量载流子，从而增大赛贝克系数。
本书综述了热电纳米材料碲化铋（Bi2Te3）的最新研究进展，包括最新的合成方法、结构表征方法、热电性能及理论模型分析，另外，书中还介绍了热电材料器件应用于不同的新能源发电设备以及分析热电材料的商业潜能。
全书共12章：1.热电材料的概述。
包括热电材料的Seebeck效应、Peltier效应等三种热电效应，半导体材料等内容；2.电沉积法制备Bi2Te3基薄膜和纳米线；3.Bi2Te3纳米线电沉积于高分子径迹蚀刻膜的合成和表征；4.V2VI3薄膜纳米合金材料的合成和结构及传输性能表征；5.Bi2Te3 薄膜材料结构和传输性能研究；6.Bi2Te3 基块体纳米材料的合成方法、热电性能分析；7.Bi2Te3 纳米线、纳米复合材料及纳米块体材料的高能X射线和中子散射分析方法；8.Bi2Te3 纳米材料的结构分析，包括单晶纳米线的化学计量分析、化学模拟分析及电子传输系数的计算等；9.Bi2Te3晶体点缺陷的密度函数理论研究；10.基于玻尔兹曼理论从头开始描述热电性质；11.VVI复合薄膜和纳米线的热导性测试方法及热电价值分析；12.用于表征纳米材料结构及单根纳米线热电性能研究的热电纳米线表征平台（TNCP）的发展。
Sb2Te3基热电材料简介--李特
Sb2Te3基热电材料简介学院：理学院专业：光信息科学与技术姓名：李特学号： 0836005前言材料的热电效应(又称温差电效应)，是电能与热能之间的相互耦合转换，从发现热电现象至今己有近200年的历史，然而真正将这一现象发展为有实用意义的能量转换技术与装置则是在20世纪50年代。
热电材料(又称温差电材料)是将热能和电能进行转换的功能材料，在热电发电和制冷、恒温控制与温度测量等领域都有极为广阔的应用前景。
利用热电材料制成热电器件能够实现“热．电”的直接转换。
热电器件具有很多独特的优点，如结构紧凑、没有运动部件、工作无噪声、无污染、安全不失效等，在少数尖端科技领域己经获得了成功的应用。
近年来，随着计算机技术、航天技术、微电子技术、超导技术的发展，能源与环境危机的加剧，迫切需要小型、静态且能固定安装的寿命长的制冷装置和温差发电装置。
与此同时，热电理论的发展和对热电材料实际应用研究的不断深入，热电学研究显示出了更为广泛的应用前景和发展潜力。
热电转换技术是利用半导体材料的Seebeck效应将热能转换成电能的一种新的能源转换和发电技术。
因此，热电转换技术作为一种新型的、环境友好型能源转换技术，由于其可望广泛应用于大量而分散存在的低密度热能(如太阳热、垃圾燃烧余热、工厂排热、以及汽车尾气排热等)的热电发电，而引起世界各国特别是发达国家的高度重视。
一、热电学的基本理论热电效应是由温差引起的电效应和电流引起的可逆热效应的总称。
包括Seekbeck效应、Peltier效应和Thomson效应。
1823年，Thomas Seebeck首次发现了金属的热电效应，也称作Seebeck效应，从而开始了人类对热电材料的研究和应用。
1.1 Seebeck效应早在1821年，德国科学家Seebeck发现在锑和铜两种材料组成的回路中，当两个接点处于不同温度时，回路中便有电流流过。
产生这种电流的电动势称为温差电动势，这种现象称为赛贝克效应(Seebeckeffect)，简单的讲就是通过材料的Seebeck效应将热能直接转变为电能。
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2Te3)> 热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3) -
热电材料是一种在固体状态下就可使热能与电能相互转换（静态能量转换）的材料。
它能做成重量轻、体积小的微型半导体制冷器，解决计算机技术、航天技术、超导技术及微电子技术等高技术领域的制冷难题。
目前，热电半导体产业已延伸至国际上最为热门的新材料、新能源等高新产业。
商用热电行业的原料主要是Bi2Te3 基热电半导体材料。
Bi2Te3基热电半导体材料以炼铜的副产物铋、碲、硒等为原料，按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3基热电半导体晶棒。
目前，用低维化和纳米化来实现电、声输运特性的协同调控，从而优化材料的热电性能，是热电材料领域的一个重要研究方向。
主要通过外混、原位复合等方式引入纳米颗粒，纳米颗粒的散射中长波长的声子，从而降低材料的晶格热导率，同时纳米化有助于载流子在费米能级附近态密度的提高，纳米颗粒构成的界面所产生的界面势垒能有效过滤低能量载流子，从而增大赛贝克系数。
本书综述了热电纳米材料碲化铋（Bi2Te3）的最新研究进展，包括最新的合成方法、结构表征方法、热电性能及理论模型分析，另外，书中还介绍了热电材料器件应用于不同的新能源发电设备以及分析热电材料的商业潜能。
全书共12章：1.热电材料的概述。
包括热电材料的Seebeck 效应、Peltier效应等三种热电效应，半导体材料等内容；2.电沉积法制备Bi2Te3基薄膜和纳米线；3.Bi2Te3纳米线电沉积于高
分子径迹蚀刻膜的合成和表征；4.V2VI3薄膜纳米合金材料的合成和结构及传输性能表征；5.Bi2Te3 薄膜材料结构和传输性能研究；6.Bi2Te3 基块体纳米材料的合成方法、热电性能分析；
7.Bi2Te3 纳米线、纳米复合材料及纳米块体材料的高能X射线和中子散射分析方法；8.Bi2Te3 纳米材料的结构分析，包括单晶纳米线的化学计量分析、化学模拟分析及电子传输系数的计算等；9.Bi2Te3晶体点缺陷的密度函数理论研究；10.基于玻尔兹曼理论从头开始描述热电性质；11.VVI复合薄膜和纳米线的热导性测试方法及热电价值分析；12.用于表征纳米材料结构及单根纳米线热电性能研究的热电纳米线表征平台（TNCP）的发展。
本书作者团队的前沿科研项目得到了德国科学基金支持，作者团队具有国际化的科研水平。
第1编者Oliver Eibl是Tubingen 大学应用物理学教授，负责高温超导和太阳能电池等项目，至今发表过100多篇科研，10多项发明专利，是德国热电协会成员。
第2编者Kornelius Nielsch是德国汉堡大学教授，他是麻省理工的博士后，主要涉足纳米线、纳米管等领域的研究。
这是第一本关于热电材料纳米结构分析的综述类著作，具有开创性价值。
书中分析了纳米材料的热电性能及传统热电材料的最新进展，内容全面丰富。
本书适合纳米复合材料领域的研究生和学者，对热电材料、纳米结构表征、Bi2Te3基热电材料、热电器件的应用等研究领域的相关人员有很大的参考价值。