Bi2Te3热电材料的制备技术
《2024年SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》范文
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着全球能源消耗的日益增长,新型高效能源材料及其转换技术的开发成为当今科学研究的重要课题。
其中,热电材料以其独特的性质和潜力,在能源回收、温差发电等领域具有广阔的应用前景。
SnTe-In2Te3体系热电材料因其高效率、低成本和环保特性,受到了广大科研工作者的关注。
本文将重点研究SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法、微观结构及性能特点。
二、材料制备1. 材料选择与配比本实验选用高纯度的SnTe和In2Te3作为原料,通过调整两者的配比,以获得最佳的电性能和热电性能。
2. 制备方法采用固相反应法进行材料的制备。
首先,将SnTe和In2Te3按照一定比例混合,然后在高温下进行烧结,使两者发生固相反应,生成SnTe-In2Te3复合材料。
三、微观结构分析1. 形貌分析通过扫描电子显微镜(SEM)观察SnTe-In2Te3复合材料的微观形貌,发现材料具有均匀的颗粒分布和致密的微观结构。
2. 物相分析利用X射线衍射(XRD)技术对材料进行物相分析,结果表明材料中主要物相为SnTe和In2Te3,且两者在高温烧结过程中形成了固溶体。
四、性能研究1. 电性能研究通过测量材料的电阻率、塞贝克系数等电性能参数,发现SnTe-In2Te3复合材料具有较高的电导率和塞贝克系数,表明其具有较好的电性能。
2. 热电性能研究对材料的热电性能进行研究,发现SnTe-In2Te3复合材料具有较高的热电优值(ZT值),表明其具有较好的热电转换效率。
此外,材料的热稳定性较好,可在较宽的温度范围内保持较高的热电性能。
五、结论本文通过固相反应法制备了SnTe-In2Te3体系热电材料,并对材料的微观结构和性能进行了研究。
结果表明,该材料具有均匀的颗粒分布、致密的微观结构和较高的电性能及热电性能。
此外,材料还具有较好的热稳定性,可在较宽的温度范围内保持较高的热电性能。
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。
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》篇一一、引言热电材料作为新兴功能材料,其在热能与电能之间相互转换的独特性质,使其在能源领域具有广泛的应用前景。
其中,p型(Bi,Sb)2Te3热电材料因其优异的热电性能和相对较低的制造成本,受到了研究者的广泛关注。
本文将重点介绍一种低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的工艺流程和关键技术。
二、实验原理低温液相烧结法是利用液相反应与烧结相结合的方法,通过在较低的温度下实现材料的烧结与致密化。
在制备p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的过程中,通过调整Bi、Sb的掺杂比例和烧结过程中的温度、压力等参数,实现对材料性能的优化。
三、实验过程1. 材料选择与准备:选用高纯度的Bi、Sb、Te原料,按照一定的比例混合后进行研磨,以获得均匀的混合粉末。
2. 低温液相烧结:将混合粉末置于低温环境中,通过液相反应使原料充分反应并形成(Bi,Sb)2Te3化合物。
随后进行烧结,使材料致密化。
3. 性能优化:通过调整Bi、Sb的掺杂比例和烧结过程中的温度、压力等参数,优化材料的性能。
四、实验结果与分析1. 实验结果:采用低温液相烧结法制备的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料具有较高的电导率和赛贝克系数,以及较低的热导率。
此外,材料还具有较好的稳定性和重复性。
2. 结果分析:通过对实验结果的分析,发现Bi、Sb的掺杂比例对材料的性能具有显著影响。
适量的Bi、Sb掺杂可以提高材料的电导率和赛贝克系数,降低热导率。
此外,烧结过程中的温度、压力等参数也对材料的性能产生一定影响。
五、结论本文采用低温液相烧结法制备了高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料,通过对实验过程和结果的分析,得出以下结论:1. 低温液相烧结法可以实现p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的低温制备和致密化,有效提高材料的性能。
2. Bi、Sb的掺杂比例对材料的性能具有显著影响,适量的掺杂可以提高材料的电导率和赛贝克系数,降低热导率。
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》篇一一、引言随着科技的飞速发展,热电材料因其独特的性能在能源转换与利用领域得到了广泛关注。
p型(Bi,Sb)2Te3热电材料作为其中的一种重要代表,具有优异的热电性能和广泛的应用前景。
本文将介绍一种新型的制备方法——低温液相烧结法,以制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料。
二、低温液相烧结法的基本原理低温液相烧结法是一种通过液相介质中的化学反应和烧结过程来制备材料的方法。
在制备p型(Bi,Sb)2Te3热电材料时,该方法主要利用低熔点的金属盐作为介质,将Bi、Sb等元素溶解在液相中,并通过化学反应生成(Bi,Sb)2Te3化合物。
随后,通过降低温度使液相固化,实现烧结过程。
三、制备过程及关键技术1. 原料选择与预处理:选择高纯度的Bi、Sb和Te元素作为原料,并进行适当的预处理,如研磨、混合等。
2. 液相反应:将预处理后的原料与低熔点金属盐混合,在一定的温度和压力下进行液相反应,生成(Bi,Sb)2Te3化合物。
3. 烧结过程:降低温度使液相固化,实现烧结过程。
在烧结过程中,需要控制温度、压力和时间等参数,以保证产物的质量和性能。
4. 后处理:对烧结后的产物进行后处理,如清洗、干燥、研磨等,以提高产物的纯度和性能。
四、性能分析与优势采用低温液相烧结法制备的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料具有以下优势:1. 高纯度:原料经过严格选择和预处理,可确保产物的纯度。
2. 均匀性:通过液相反应和烧结过程,可实现产物的均匀性和致密性。
3. 优异性能:制备出的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料具有优异的热电性能,如高电导率、高热导率和低的热电势损失等。
4. 制备成本低:低温液相烧结法工艺简单、操作方便,可降低生产成本。
五、应用前景与展望p型(Bi,Sb)2Te3热电材料具有广泛的应用前景,如在能源转换、能源存储和能源管理等领域具有潜在的应用价值。
溶剂热法合成Sb2Te3基热电材料
武汉理工大学硕士学位论文溶剂热法合成Sb<,2>Te<,3>基热电材料姓名:朱新宏申请学位级别:硕士专业:材料学指导教师:唐新峰20070501系数可达400VKl。
由于Half-Heusler合金具有良好的导电性,表现出较大的热电优值,因而它成为一类具有相当潜力的热电材料【4143】。
通常认为在300K左右,其热电性能达到最大值。
图1.4Sktmerudite的晶体结构Fig.1-4CrystalsI舶K嘲lreofCoSb3图1.5笼合物的晶体结构Fig.1-5CrystalstructureofClathrate但该类材料的制备条件苛刻,通常需要较长时间的退火处理,在Ar气的保护下,800℃下退火,时间需要长达一个星期。
近来,Xia对MCoSb的取代研究表明,在保证Seebeek系数基本不下降的情况下,可有效降低热导率。
图t-6Half-Heusler化合物结构示意图Fig.1—6CrystalstructureofHalf-Heusler(4)Zn4sb3热电材料虽然Zn-Sb材料早已被作为热电材料进行了大量的研究【非蛔,但Ij-Zn4Sb3最近几年才被发现是具有很高热电性能的材料。
由于其ZT值可达1.3,因而有可能成为另一类有前途的热电材料。
13-Zn4Sb3具有复杂的菱形六面体结构,晶胞中有12个Zn原子4个Sb原子具有确定的位置,另外六个位置Zn原子出现的几率为11%,Sb原子出现的几率为89%。
其结构如图1.7。
因此,实际上这种材料的结构为每个单位晶胞含有22个原子,其化学式可以写成Zn6Sb5。
最新的研究结果表明,ZmSb3是由zn原子,Sb3。
离子和sb产二聚物构成的。
室温下晶格热导率仅为O.65Wm"1K-1,晶格中的空位缺陷起到了决定性的作用。
有人对这种材料从实验和理论计算两个方面进行了研究,认为这种材料具有复杂的且与能量有关的费米面,这有助于在高载流子浓度的情况下得到很高的热电性能指数。
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》范文
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》篇一一、引言随着科技的发展,热电材料在能源转换、温差发电等领域的应用越来越广泛。
其中,p型(Bi,Sb)2Te3热电材料因其高效率、低成本的特性,成为了研究的热点。
本文将详细介绍一种低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的方法。
二、实验原理低温液相烧结法是一种制备热电材料的有效方法。
该方法通过在较低的温度下进行烧结,使原料在液相状态下充分反应,从而达到制备高性能热电材料的目的。
在制备p型(Bi,Sb)2Te3热电材料时,我们主要利用了铋(Bi)、锑(Sb)和碲(Te)的物理和化学性质,通过特定的化学配比和烧结条件,使它们在低温液相状态下发生反应,生成性能优良的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料。
三、实验过程1. 原料准备:按照所需的化学配比,准备好铋(Bi)、锑(Sb)和碲(Te)的原料。
2. 混合原料:将原料按照一定的比例混合均匀,并加入适量的溶剂,形成均匀的浆料。
3. 烧结:将浆料放入烧结炉中,在低温液相状态下进行烧结。
烧结过程中需控制好温度和时间,以保证原料充分反应。
4. 冷却与处理:烧结完成后,让材料自然冷却至室温。
然后对材料进行清洗、干燥等处理,得到p型(Bi,Sb)2Te3热电材料。
四、结果与讨论通过低温液相烧结法制备的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料具有较高的性能。
首先,该材料的电导率较高,有利于提高热电转换效率。
其次,该材料的热电优值较高,表明其具有较好的热电性能。
此外,该制备方法具有较低的能耗和较高的生产效率,为p 型(Bi,Sb)2Te3热电材料的制备提供了新的途径。
在实验过程中,我们发现在烧结过程中控制好温度和时间对制备高性能的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料至关重要。
过高的温度可能导致原料过度反应,影响材料的性能;而温度过低则可能导致反应不充分,同样影响材料的性能。
因此,在后续的实验中,我们将进一步优化烧结过程中的温度和时间控制,以提高材料的性能。
12周鑫-毕业论文-纳米Bi2Te3基热电材料的制备及其性能研究
纳米Bi2Te3基热电材料的制备及其性能研究摘要热电材料是一种能够实现热能和电能相互耦合,相互转换的功能材料。
在利用废热发电、开发无污染制冷系统等领域有着重要的应用前景。
Bi2Te3化合物是研究最早,发展最为成熟、在室温附近性能最好的热电材料之一。
传统方法制备的Bi2Te3基热电材料的热电优值ZT在1左右,理论计算和实验结果都表明纳米化可以大幅度提高材料的热电性能。
本文分别采用水热/溶剂热法和微反应法合成了不同颗粒尺寸,不同形貌的纳米Bi2Te3热电材料。
采用XRD,SEM,TEM等手段研究了所制备材料的物相及微观形貌,并分析了微观形貌形成的机理。
通过热压成型和等离子烧结(SPS)手段获得了成型良好的块体材料,测试了材料的热电性能,对比了不同颗粒尺寸、形貌对材料热电性能的影响并分析了原因。
1. 以Te粉和BiCl3为反应原料,NaBH4为还原剂,NaOH为碱性调节剂,通过水热/溶剂热法分别采用水和无水乙醇作为溶剂,合成了纯的不同颗粒尺寸的Bi2Te3纳米材料。
分析了造成颗粒尺寸差异的原因。
2. 测试了不同颗粒尺寸压片后样品的热电性能,发现较细的纳米颗粒可以提高材料的Seebeck系数,但由于其过低的电导率,导致其功率因子不如颗粒尺寸较大材料。
经过热处理后,两种样品的Seebeck系数都随热处理温度提高而提高,而电导率都随热处理温度先提高后降低。
3. 以Te粉在三正丁基膦(TBP)中的溶液和Bi2O3在油酸中的溶液为反应前驱体,在200℃反应温度的条件下首次通过微反应法合成了Bi2O3纳米热电材料,该材料具有花状的特殊形貌,花瓣为边长为100 nm~200 nm厚度为20 nm的六边形。
研究了反应条件对形貌的影响并分析了花状形貌的形成机理。
4. 通过热压测试性能发现,花瓣状形貌材料压片后得到的规则层状结构可大幅提高材料的Seebeck系数,其电导率低,导致其功率因子不高。
通过等离子烧结后,材料密度提高至理论密度的90%以上,材料的电导率大幅度提高,Seebeck系数也有一定的提高,且在室温下材料的电导率随压片压力(材料密度)的升高而线性提高,但Seebeck 系数随压片压力(材料密度)的升高而线性降低。
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》一、引言随着科技的发展,热电材料在能源转换和高效制冷等方面显示出巨大的应用潜力。
其中,p型(Bi,Sb)2Te3热电材料因其优异的热电性能和相对较低的成本,成为当前研究的热点。
本文旨在探讨低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的工艺过程及其性能特点。
二、材料与方法1. 材料准备制备p型(Bi,Sb)2Te3热电材料所需的主要原料包括铋(Bi)、锑(Sb)和碲(Te)等元素。
通过精确称量各元素的比例,将原料混合均匀,为后续的烧结过程做好准备。
2. 低温液相烧结法低温液相烧结法是一种通过在较低温度下进行液相烧结,以制备出具有优良性能的材料的方法。
在制备p型(Bi,Sb)2Te3热电材料时,将混合原料置于较低温度的液相环境中,通过控制烧结温度、时间和气氛等参数,使原料在液相中发生化学反应,生成目标产物。
3. 性能测试制备出的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料需要进行一系列的性能测试,包括X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察、热电性能测试等。
通过这些测试,可以评估材料的结构、形貌和性能等。
三、结果与讨论1. 结构与形貌通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜观察,发现采用低温液相烧结法制备的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料具有典型的层状结构和均匀的微观形貌。
这有利于提高材料的热电性能。
2. 热电性能测试结果表明,采用低温液相烧结法制备的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料具有较高的Seebeck系数和电导率,从而具有优异的热电性能。
这主要得益于低温液相烧结法在较低温度下进行的化学反应,有利于原子之间的扩散和晶格的优化。
3. 影响因素烧结温度、时间和气氛等参数对p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的性能具有重要影响。
通过优化这些参数,可以进一步提高材料的性能。
此外,原料的纯度和粒度也会影响材料的性能。
因此,在制备过程中需要严格控制这些因素。
2Te3)-热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3).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。
Bi2Te3及Bi2Te3碳纳米管的化学法制备和热电性能研究的开题报告
Bi2Te3及Bi2Te3碳纳米管的化学法制备和热电性能研究的开题报告一、研究背景热电材料是一类能够将热能直接转换为电能的物质,在垂直于热流方向上产生热电势差的同时,还具有优异的导热和电导能力。
因此,热电材料在废热转换、能源利用和节能减排领域等方面具有广泛应用前景。
Bi2Te3及其复合材料因其独特的热电性能而备受关注。
其中,Bi2Te3碳纳米管复合材料具有结构独特、热电性能突出等优点,因而成为热电材料研究领域的热点之一。
二、研究内容本文旨在通过化学法制备Bi2Te3及Bi2Te3碳纳米管复合材料,并研究其热电性能。
具体研究内容包括以下几个方面:1. Bi2Te3纳米片的制备:采用化学气相沉积法合成Bi2Te3纳米片。
通过控制反应条件,调节Bi、Te沉积速率和温度等参数,得到形貌较为均匀的Bi2Te3纳米片。
2. Bi2Te3碳纳米管复合材料的制备:将制备好的Bi2Te3纳米片与碳纳米管进行复合制备。
在Bi2Te3纳米片表面沉积碳纳米管,并将其还原,制备出形貌独特的Bi2Te3碳纳米管复合材料。
3. 热电性能测试:测试制备好的Bi2Te3及Bi2Te3碳纳米管复合材料的热电性能。
通过热电系数、电导率、热导率等参数的测定,分析其热电性能和优化制备条件。
4. 影响热电性能的因素分析:分析制备条件、制备方法等因素对Bi2Te3及Bi2Te3碳纳米管复合材料热电性能的影响。
通过对相关因素的控制和调节,优化制备工艺,提高复合材料的热电性能。
三、研究意义本研究旨在探究Bi2Te3及Bi2Te3碳纳米管复合材料的制备及其热电性能,有以下几点研究意义:1. Bi2Te3及其复合材料因具有优异的热电性能,可以将浪费的废热转换成有用的电能,具有广阔的应用前景。
2. 通过化学法制备Bi2Te3及Bi2Te3碳纳米管复合材料,有望解决传统物理制备方法难以实现均一制备和批量生产的问题。
3. 进一步探究影响Bi2Te3及Bi2Te3碳纳米管复合材料热电性能的因素,可以优化其制备工艺和性能,为其在实际应用中提供技术支持。
一维Bi_2Te_3基纳米材料的制备、结构控制与热电性能
摘 要 : 热 电材 料 的低 维化 可 以 改善 材 料 电输 运 与 热传 输 的 矛盾 , 特 别是 一 维纳 米 热 电材 料 明显 的 晶体
为绝 对温 度 , S为塞 贝克 系数 , 为 电导率 , S 。 为 功率 因子 , 它决 定 了材 料 的 电学 性 能l s ] , 为热导率, 决 定 材料 的热 输运 性能 。 目前制 约热 电材 料 大规 模 应用 的 主要 问题 是其 热 电转换 效率 太低 。要 提 高材 料 的热 电 转 换 效率 , 必 须使 材 料 具 有 较 大 功率 因 子并 且 尽 可 能 降低 热导率 l 1 ] 。而影 响材料 热 电优值 Z T的 3 个 参 数: 塞 贝克 系数 、 热导率 、 电导 率 皆与 材 料 的 电子 结 构 相关 , 三者 相互 关 联 。提 高 电性 能 的 同时 很 难 得 到 较 低 的热 导率 , 而 降 低 热 输 运 性 能 时往 往 又 会 使 电性 能 恶 化 。一种 行 之有效 的方法是 通 过材 料 的低 维化 来 实 现口 ] , 国 内外 学者 对其 展 开 了广泛 的研 究 , 其 中一 维 B i Te 。 基 纳米 热 电材 料更 是 研 究 的热 点 和 重 点 , 包 括
一
在 各 领域 的 实 际应 用是 未 来研 究的发展 方 向 。
关键词: 热 电材 料 ; B i 。 Te 。 ; 一 维纳米 结构 ; 结 构 调 控; 热 电性能 中图 分类 号 : T N3 0 4 ; TB 3 0 4 文献标 识 码 : A
文 章编 号 : 1 0 0 1 — 9 7 3 1 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 3 0 5 — 0 8
材料 的制备 技 术 为评述 线 索 , 重点 论 述 一 维 B i T e 。基
《2024年SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》范文
《SnTe-In2Te3体系热电材料的制备与性能研究》篇一一、引言随着现代社会对可持续能源技术的迫切需求,热电材料以其能够将温差转化为电能的能力而备受关注。
SnTe-In2Te3体系作为一类重要的热电材料,其制备与性能研究对于推动热电转换技术的发展具有重要意义。
本文旨在探讨SnTe-In2Te3体系热电材料的制备方法、结构特性以及性能表现,以期为该领域的进一步研究与应用提供理论依据和技术支持。
二、材料制备SnTe-In2Te3体系热电材料的制备主要包括原材料选择、合成过程及后处理等步骤。
首先,选择纯度较高的SnTe和In2Te3作为原料。
原料需经过预处理,如研磨、筛选等,以去除杂质,提高纯度。
其次,采用固相反应法或熔融法进行合成。
固相反应法是通过将原料混合均匀后,在高温下进行长时间反应,使原料发生固相反应生成目标产物。
熔融法则是在高温下将原料熔化,然后冷却结晶得到目标产物。
在合成过程中,需严格控制反应温度、时间等参数,以获得理想的产物。
最后,对合成的SnTe-In2Te3体系热电材料进行后处理,如粉碎、筛选、烘干等,以得到满足实验要求的材料颗粒。
三、结构特性SnTe-In2Te3体系热电材料具有特定的晶体结构和电学性质。
通过X射线衍射、扫描电子显微镜等手段,可以观察其晶体结构和微观形貌。
该体系材料具有较高的电导率和较低的热导率,这是其作为热电材料的重要特性。
此外,该体系材料的Seebeck系数也较高,使得其在温差作用下能够产生较大的电能。
四、性能研究本部分将通过实验数据和图表,详细分析SnTe-In2Te3体系热电材料的性能表现。
首先,通过测量不同温度下的电导率、热导率和Seebeck系数等参数,分析该体系材料的热电性能。
实验结果表明,SnTe-In2Te3体系热电材料具有较高的电导率和Seebeck系数,以及相对较低的热导率,这使得其在热电转换方面具有较好的性能。
其次,通过分析不同成分比例对材料性能的影响,得出最佳成分比例。
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》范文
《低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料》篇一一、引言随着科技的发展,热电材料在能源转换、热电转换等领域的应用越来越广泛。
其中,p型(Bi,Sb)2Te3热电材料因其优异的性能受到了广泛的关注。
制备高质量的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料对于推动其在各个领域的应用具有重要意义。
本文将详细介绍低温液相烧结法制备高性能p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的工艺流程、实验方法及结果分析。
二、实验材料与方法1. 材料准备本实验所需的主要原料为铋(Bi)、锑(Sb)和碲(Te)。
实验中,采用适当的化学方法将Bi、Sb与Te混合,得到一定比例的混合物。
2. 低温液相烧结法低温液相烧结法是一种通过在较低温度下进行烧结,使原料在液相状态下进行反应,从而得到高性能材料的制备方法。
本实验中,将混合物在低温下进行烧结,使原料在液相状态下反应生成p型(Bi,Sb)2Te3热电材料。
3. 实验流程(1)原料混合:将Bi、Sb与Te按一定比例混合,得到混合物。
(2)球磨:将混合物放入球磨机中,进行一定时间的球磨,使原料充分混合。
(3)干燥:将球磨后的混合物进行干燥处理,去除水分。
(4)低温烧结:将干燥后的混合物放入烧结炉中,在低温下进行烧结。
(5)性能测试:对烧结后的材料进行性能测试,包括X射线衍射、扫描电子显微镜等手段,分析材料的结构和性能。
三、结果与分析1. X射线衍射分析通过X射线衍射分析,我们可以得知所制备的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的晶体结构。
结果表明,所制备的材料具有较好的结晶度,晶格结构完整。
2. 扫描电子显微镜分析扫描电子显微镜分析可以观察材料的微观形貌。
本实验中,通过扫描电子显微镜观察到了p型(Bi,Sb)2Te3热电材料的微观形貌,发现材料具有较好的致密性和均匀性。
3. 性能测试通过性能测试,我们发现所制备的p型(Bi,Sb)2Te3热电材料具有较高的电导率和塞贝克系数,表现出优异的热电性能。
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。
bi2te3基热电器件热电转换
bi2te3基热电器件热电转换Bi2Te3基热电器件热电转换热电转换技术是一种将热能转化为电能或将电能转化为热能的技术。
而Bi2Te3基热电器件是一种常见的热电转换材料。
本文将介绍Bi2Te3基热电器件的原理、性能和应用。
一、Bi2Te3基热电器件的原理Bi2Te3是一种层状化合物,具有特殊的电子结构和热传导特性,使其成为一种优良的热电转换材料。
Bi2Te3基热电器件由n型和p型两种材料组成,采用热电耦合效应实现热电转换。
在Bi2Te3中,n型材料具有过量的电子,而p型材料则具有电子缺失。
当两种材料连接在一起形成热电偶时,热电偶的热端温度高于冷端温度时,n型材料中的电子受热激发,从热端向冷端运动,而p型材料中的电子受冷却激发,从冷端向热端运动。
这种电子的运动导致了电荷的分离,从而产生了热电势差和电流。
通过连接外部电路,可以将产生的电能输出。
二、Bi2Te3基热电器件的性能1. 高热电效率:Bi2Te3基热电器件具有良好的热电性能,其热电转换效率可以达到5%以上,甚至更高。
2. 宽温区应用:Bi2Te3基热电器件的工作温度范围较宽,可以在室温至高温区域进行热电转换,适用于不同的应用场景。
3. 快速响应:Bi2Te3基热电器件响应速度快,可以实现快速的热电转换,适用于需要快速响应的应用领域。
4. 长寿命:Bi2Te3基热电器件具有较长的使用寿命,能够稳定工作数年甚至更久。
三、Bi2Te3基热电器件的应用1. 能量回收:Bi2Te3基热电器件可以将工业生产过程中产生的废热转化为电能,实现能量的回收和利用,提高能源利用效率。
2. 温差发电:Bi2Te3基热电器件可以利用环境温差进行发电,适用于无线传感器、物联网等低功耗设备。
3. 汽车座椅加热:Bi2Te3基热电器件可以应用于汽车座椅加热系统,实现座椅的快速加热,提高乘坐舒适度。
4. 热电制冷:Bi2Te3基热电器件在逆转工作状态下,可以实现制冷效果,适用于小型制冷设备。
《Cu2Se及Bi2Te3基热电材料的高气压烧结与性能研究》
《Cu2Se及Bi2Te3基热电材料的高气压烧结与性能研究》一、引言热电材料,一种具有高灵敏度及优良的热电转换特性的材料,已逐渐在众多科技领域如能量收集、温度感应、以及制冷和发电系统中展现出其巨大的应用潜力。
近年来,Cu2Se及Bi2Te3基热电材料因其独特的物理性质和良好的热电性能而备受关注。
本文将重点研究这两种材料在高气压烧结条件下的性能变化及其影响机制。
二、Cu2Se基热电材料的高气压烧结与性能研究1. 材料制备与高气压烧结过程Cu2Se基热电材料的制备通常包括原料的混合、压制和烧结等步骤。
在高气压烧结过程中,压力的变化将直接影响材料的致密程度、晶体结构及微观结构,进而影响其热电性能。
2. 性能分析通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段,我们可以观察和分析高气压烧结后Cu2Se基热电材料的晶体结构和微观形貌。
此外,我们还将对其电导率、塞贝克系数以及热电优值ZT等进行测试和评价。
三、Bi2Te3基热电材料的高气压烧结与性能研究1. 材料制备与高气压烧结过程Bi2Te3基热电材料的制备过程与Cu2Se基材料类似,也包含混合、压制和烧结等步骤。
高气压烧结过程中的压力变化对Bi2Te3基材料的致密程度、晶体结构和微观结构的影响,将直接关系到其热电性能的优劣。
2. 性能分析我们同样通过XRD和SEM等手段,观察和分析高气压烧结后Bi2Te3基热电材料的晶体结构和微观形貌。
此外,对其电导率、塞贝克系数以及ZT值等性能参数的测试和评价,将有助于我们更深入地理解高气压烧结对Bi2Te3基热电材料性能的影响。
四、结果与讨论1. 高气压烧结对Cu2Se及Bi2Te3基热电材料的影响高气压烧结能够显著提高Cu2Se及Bi2Te3基热电材料的致密程度,优化其晶体结构和微观结构。
同时,压力的变化也会影响材料的电导率和塞贝克系数,从而提高其热电优值ZT。
这一结果不仅证明了高气压烧结是一种有效的提高热电材料性能的方法,也为我们进一步优化热电材料的性能提供了新的思路。
热电材料制备与应用研究
热电材料制备与应用研究热电材料是一种能将热能转换成电能或将电能转换成热能的材料。
它广泛应用于太阳能电池、汽车尾气处理、核反应堆、热释电微发电机等领域。
热电材料的发展和应用,对于节能环保、资源节约以及未来能源领域的发展具有重要意义。
一、热电材料的制备技术1. 热喷涂法热喷涂是一种在高温下将材料粉末熔化喷涂到基板上形成涂层的方法。
通过调节材料粉末的喷射速度和温度,可以控制涂层的厚度和组成。
常见的热电材料制备如Bi2Te3,就可以采用热喷涂法制备。
2. 共沉淀法共沉淀法是将两种离子溶液中的阴、阳离子,分别在一定条件下还原沉淀成质量相等的相同化合物,并在高温下烧结,得到所需的热电材料。
这种方法操作简单,但对于相转变和组分分离等问题需要特别注意。
3. 机械合金化方法机械合金化是利用高能强度球磨器进行球磨的方法。
通过球磨机能将原来的材料变成微米级的粉末,从而达到高效的合金化效果。
合金化的材料再经过烧结,得到所需的热电材料。
二、热电材料的应用研究1.太阳能电池利用太阳能发电是可持续发展的重要手段之一。
热电太阳能电池的原理是将太阳能转化成热能,再将热能转化成电能。
在最近几年的研究中,利用无铅热电材料的热电性能,将其应用于太阳能电池中,相对于硅基太阳能电池,具有更高的费电率和稳定性。
2.汽车尾气处理汽车尾气中的一氧化碳和氮氧化物对于环境污染问题极其严重。
利用基于热电技术的尾气处理器,可以将尾气中的一氧化碳和氮氧化物转化成电能或者转化成热能,从而减轻环境对物质和能源的压力。
3.核反应堆核反应堆是人类探索核能技术的重要工具。
通过热电材料,可以将核反应堆产生的热能转化成电能,火电站也常采用这种方法产电。
最近的研究进展表明,利用新型无铅的热电材料,可以提高核反应堆的效率和稳定性。
4. 热释电微发电机热释电微发电机利用人体的热能来发电,是一种可以实现人体自发发电的设备。
目前已经有不少研究利用柔性的热电材料制备热释电微发电机,以满足未来人体电子设备的需求。
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。
热电材料的制备与表征
热电材料的制备与表征热电材料是一种能够将能量转化为电能或者将电能转化为热能的材料,其研究重点在于提高材料的热电性能,以应用于能源转换和散热领域。
本文将会在制备和表征两个方面进行阐述。
1. 制备热电材料的制备方法有很多种,其中最常见的方式是通过固相反应、溶胶凝胶、水热合成等方式进行制备。
固相反应是一种常用的方法,通过高温反应来制备材料。
溶胶凝胶是一种利用溶胶进行制备的方法,其中水热合成是一种可以在低温下进行的制备方式。
在制备过程中,需要选用合适的前驱体、处理方式和条件。
一些元素和化合物的挥发性很高,容易因为加热而被蒸发掉。
因此,在制备热电材料时,需要对反应条件进行调整。
同时,不同的制备方法对制备出来的材料会有不同的影响。
以溶胶凝胶法制备的Bi2Te3为例,其制备过程中需要在低温下反应,制备出来的材料含有纳米级别的微观结构,这样的结构不仅会提高热导率,同时也会对其热电性能的提高有很大的帮助。
2. 表征热电材料的表征主要包括电学特性和热学特性。
电学特性主要包括电导率和霍尔系数,热学特性主要包括热导率和热电係数。
电学特性的测试需要使用电学测试仪器,包括绝缘测试仪、电阻测试仪和霍尔特性测试仪等。
通过这些测试仪器可以得知热电材料的电学性能。
热学特性的测试可以通过热导率测试仪来测试,将样品放入测试仪中进行测试即可得知其热导率。
同时,还可以进行热电联测测试,通过将热电材料与散热器相结合,来测量材料在不同温度下的热电性能和散热性能。
这种测试方式可以更加真实的反映材料的实际应用效果。
总的来说,热电材料的制备和表征离不开各种试验设备的支持,同时也需要经常进行数据分析和研究,以提高热电材料的研究质量和热电性能。
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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
第六组
邱晓东 张峰通 李向军 陆 阳 刘 菁 刘满成 崔中越 胡 坤
Background
什么是热电材料呢?
热电材料是种利用固体内部载流子运动 实现热能和电能直接相互转换的功能材料
1823年,德国人塞贝克(Seebeck)发现
有两种不同导体组成的开路中,如果导体的两个结点存在温 度差,这开路中将产生电动势E,这就是塞贝克效应。
混合物在氮气保护 下加热搅拌
Te纳米线
Bi的前驱体溶液
TEM images and size distribution analyses for (A−C) Te and (D−F) Te-rich Bi2Te3 nanowires. The insets in (B) and (E) are HRTEM images for Te and Bi2Te3 nanowires, respectively.
与传统的薄膜制备方法相比ECALE主要有以下优点:
ECALE法所用的主要设备有三电极电化学反应池,恒 电位仪和计算机。工艺设备投资相对小,降低了制备 成本; 作为一种电化学方法,膜可以沉积在设定面积或形 状复杂的衬底上; 作为ALE方法的特例,可以将沉积物的组成元素分成 不同步骤加以沉积,每步只考虑一种元素的沉积,单独 控制。对于沉积过程中所涉及到的各种条件,如沉积 电位、清洗过程、反应物流速、沉积时间等都可以根 据具体要求灵活设定,达到对每一元素沉积参数的最 优化选择;
1834年,法国钟表匠珀耳帖(Peltier)发现
电流流过两种不同导体的界面时,将从外界吸收热量,或向 外界放出热量,这就是帕尔帖效应。
Application
小型无人飞行器,阿波罗登月探测器 美国“旅行者一号”上主电源是温差发电 器 哈勃太空望 远镜:冷却 CCD,减 少噪音影响 汽车废热利用:节能10%以上 热电制冷其它应用:红外探测器、激光器、计算机芯 片、半导体制冷运血箱、冷敷仪、冷冻切片机、呼吸 机、ND:YAG激光手术器、PCR仪等。 俄罗斯米格战斗机配备的AA-8和AA-11系列导弹就采 用热电制冷对红外探测系统进行温控。
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
电化学原子层外延(ECALE)技术将电 化学沉积技术与原子外延技术(ALE)相结合, 是原子层外延的电化学模拟过程,它采用 表面限制生长技术交替电化学沉积组成化 合物的元素的原子层以形成化合物,沉积 物的结构与成分受表面化学控制而不是受 成核与生长动力学控制。
清洗 干燥
搅拌后
搅拌保温
搅拌保温
玻璃容器
反应釜
反应釜
离心机
SDBS做添加剂时不同反应温度下Bi2Te3样品的SEM照片(a)353K (b)432K
PVP做添加剂时不同反应温度下Bi2Te3样品的SEM照片(a)373K (b)473K
相对简单、易于控制、在密闭体系中
需要特殊的高压釜和安全防护措施、
家用冰箱,空调
无振动 无噪音 重量轻
优点
体积小 无污染 无磨损
材料的热电性能一般由热电优值系数ZT描述: ZT=S2σT/κ 其中Z为热电品质因子,T为绝对温度,S为材料的Seebeck 系数,σ为电导率,κ为导热系数。 可以看出,材料要得到高的Z值,应具有高的Seebeck系数、 高的电导率和低的热导率。但在常规材料中这是困难的,因 为三者是耦合的,都是自由电子(包括空穴) 密度的函数。材 料的Seebeck系数随载流子数量的增大而减小,电导率和导 热系数则随载流子数量的增大而增大。热导率包括晶格热导 率κ1和载流子热导率κ2两部分,晶格热导率κ1占总热导率的 90%,所以为增大Z值,在复杂的体系内,最关键的是降低 晶格热导率,这是目前提高材料热电效率的主要途径。
反应物的来源很灵活,只要是含有该元素的可溶 物都可以,而不像MBE、MOVCD等方法对反应物有特 殊要求; 由于沉积的工艺参数(沉积电位、电流等)可控, 故膜的质量重复性、均匀性、厚度和化学计量可精 确控制; 不同与其它热制备方法,ECALE的工艺过程在室温 下进行,最大程度地减小了不同材料薄膜间的互扩 散,同时避免了由于不同膜的热膨胀系数不同而产 生的内应力,保证了膜的质量。
参考文献
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制备流程图
左图:电弧电流对 Bi2Te3粉末的产率 和平均粒径的影响
右图:Ar压力对 Bi2Te3粉末的产率 和平均粒径的影响
气氛可变、温度易控、设备简单、易操作,
2 3
且合成速度快、活性强, 适合于工业化批量生 产。
在制备Bi Te 粉末时,Bi、Te的蒸发速度不
同会引起成份偏差,在制备时须进行成份调 节,调节不当便会对纯度造成影响。
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