Bi2Te3 合金低温热电性能及冷能发电研究

利用机械合金化和冷压烧结法制备得到n型和p型Bi₂Te₃基热电材料,在80—300 K温度范围测量了电导率、Seebeck系数,结果表明其具有良好的低温热电性能.采用Bi₂Te₃基热电材料制备出半导体热电器件,并配合附属设备搭建出一套半导体温差发电装置.利用液氮汽化时释放的冷能,对半导体热电器件的发电性能进行实验研究,得出这种半导体热电器件输出电压、输出功率与电流关系式,测得最大的输出功率达到1.33 W,从而证明了冷     

Bi2Te3/Sb超晶格纳米线的外延生长和热电测量

通过脉冲电沉积,外延生长出小单元长度的Bi₂Te₃/Sb超晶格纳米线.借助哈曼方法,测量了超晶格纳米线阵列的热电性能,330 K时的ZT值可达0.15.研究了Bi₂Te₃/Sb超晶格纳米线阵列器件的制冷或者加热能力,发现器件的上下表面的最大温差可以达到6.6 K.     

熔体旋甩工艺对n型InSb化合物的微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩结合放电等离子烧结技术制备了单相InSb化合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响. 结果表明,熔体旋甩得到的薄带自由面主要由300 nm—2 μm的小柱状晶组成,薄带接触面为非晶或精细纳米晶,薄带经烧结后得到了具有大量层状精细纳米结构的致密块体,尺寸约为40 nm. 与熔融+放电等离子体烧结制备样品相比,在测试温度范围内（300—700 K）,试样的电导率略有下降,但Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低,室温下晶格热导率降低幅度约为106%,700 K下晶格热导率的降低幅度达1664%,熔融+熔体旋甩+放电等离子体烧结制备的InSb化合物试样在700 K时其最大ZT值达到049,与熔融+放电等离子体烧结试样相比提高了29%.     

高压烧结对n型PbTe基材料热电性能的影响

 采用高压烧结技术制备了按偏离化学计量比配制的PbTe基热电材料（Pb_0.55Te_0.45），重点研究了烧结压力对材料热电性能的影响。研究结果表明：高压烧结过程能有效降低材料中的晶格缺陷，从而显著改变样品中的载流子浓度及其迁移率。与未经烧结的常压熔融样品相比，高压烧结样品的Seebeck系数得到大幅提高，电导率略有降低，室温热导率降低了50%，所以高压烧结样品的品质因子得到较大提高。当烧结压力为2 GPa时，所得样品在700 K时其品质因子达到0.59，相比未经烧结的常压熔融样品提高了150%。     

熔体旋甩工艺对n型InSb化合物的微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩结合放电等离子烧结技术制备了单相InSb化合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响. 结果表明,熔体旋甩得到的薄带自由面主要由300 nm—2 μm的小柱状晶组成,薄带接触面为非晶或精细纳米晶,薄带经烧结后得到了具有大量层状精细纳米结构的致密块体,尺寸约为40 nm. 与熔融+放电等离子体烧结制备样品相比,在测试温度范围内（300—700 K）,试样的电导率略有下降,但Seebeck系数显著增加,热导率和晶格热导率显著降低,室温下晶格热导率降低幅度约为106%,700 K下晶格热导率的降低幅度达1664%,熔融+熔体旋甩+放电等离子体烧结制备的InSb化合物试样在700 K时其最大ZT值达到049,与熔融+放电等离子体烧结试样相比提高了29%. 关键词： 熔体旋甩 n型InSb化合物 微结构 热电性能     

Sb2Te3 纳米结构的制备与表征

以室温热电性能优异的传统热电材料Sb₂Te₃为研究对象,利用化学气相沉积法制备Sb₂Te₃单晶纳米结构,并研究其生长机理.实验结果表明,不加催化剂时Sb₂Te₃易生长成六方纳米盘,在金催化剂条件下定向生长成纳米线.Sb₂Te₃的形貌与其晶体结构和生长机理有关.Sb₂Te₃为三角结构,Sb和     

Bi2Te3的杂质微分凝对温差电性质的影响

在Bridgman法生长的P型和N型Bi₂Te₃等取向晶体中发现杂质微分凝次结构,对不同微分凝程度的Bi₂Te₃晶体的电导率、温差电动势率、热导率和霍尔系数在80—330°K温度范围内进行了测量,并分析了在有外场和温度梯度存在时载流子的输运性质,着重研究了杂质微分凝对温差电参数的影响,证实了增加晶体表观热导率的一种机构。     

熔体旋甩工艺对Zn掺杂Ⅰ-型Ba8Ga12Zn2Ge32笼合物微结构及热电性能的影响

采用新颖的熔体旋甩(MS)结合放电等离子烧结(SPS)技术制备了单相Zn掺杂的I-型Ba8Ga12Zn2Ge32笼合物,研究了熔体旋甩工艺对其微结构以及热电性能的影响.结果表明,MS得到的薄带自由面主要由300 nm-1 μm的小立方体单晶组成,薄带经SPS烧结后得到了具有大量层状精细结构的致密块体.与熔融+SPS工艺制备的试样相比,熔融+MS+SPS制备的Ba8Ga12Zn2Ge3笼合物室温载流子浓度增加而迁移率降低,在测试温度范围内,试样的电导率略有下降,Seebeck系数增加,热导率和晶格热导率显著降低,900 K时其晶格热导率从1.06 W/mK降低至0.42W/mK.熔融+MS+SPS制备的Ba8Ca12Zn2Ge32笼合物试样在900 K时其最大ZT值达到0.90,与熔融+SPS试样相比提高了75%.     

In掺杂对n型方钴矿化合物的微结构及热电性能的影响规律

用熔融退火法结合放电等离子烧结(SPS)技术成功制备了具有不同 In含量的In_xCo₄Sb₁₂(x=0.1—0.4)方钴矿化合物.X射线衍射分析和扫描电镜分析结果表明,当In的掺杂量超过一定值时,化合物中会原位析出纳米InSb的第二相,且其含量会随In掺杂量的增加而增大.研究结果表明,InSb第二相的存在增大了化合物的功率因子,降低了化合物的晶格热导率,显著提高了化合物的热电性能.在温度为800 K时,In相似文献   

Cu掺杂AgSbTe2化合物的相稳定、晶体结构及热电性能

利用熔融快淬结合放电等离子烧结(SPS), 制备了Cu_xAg_1-xSbTe₂(x= 0---0.3)样品. 粉末X射线衍射(XRD)分析结果显示, SPS处理以前, 含Cu样品形成NaCl型结构的固溶体, 而未加入Cu的样品析出Ag₂Te第二相. 根据热分析和XRD测量结果, Cu的加入能够有效抑制Ag₂Te的析出, 但同时会在快淬样品中产生少量非晶相. 在温度升高到540 K左右时, 非晶相发生晶化, 形成Sb₇Te亚稳相, 并最终转变成Sb₂Te₃稳定相. 对快淬样品进行低温SPS快速处理后, x =0.1样品为面心立方结构的单相化合物, 但是x =0.2, 0.3的样品分别析出第二相Sb₇Te和Sb₂Te₃. 由于析出第二相, x=0.2, 0.3样品的电导率增大, Seebeck系数减小, 热导率相应升高, 综合热电性能降低. x=0.1单相样品的功率因子与文献报道的AgSbTe₂化合物相当. 元素替代的合金化效应 增强了Cu_0.1Ag_0.9SbTe₂化合物的声子散射, 有效降低了样品的热导率. 因此, 单相样品Cu_0.1Ag_0.9SbTe₂表现出较佳的热电性能, 在620 K时热电优值达到1.     

熔体旋甩法合成n型(Bi_(0.85)Sb_(0.15))_2(Te_(1-x)Se_x)_3化合物的微结构及热电性能

采用熔体旋甩结合放电等离子烧结(MS-SPS)技术制备了单相n型四元(Bi0.85Sb0.15)2(Te1-xSex)3(x=0.15,0.17,0.19,0.21)化合物,并对所得样品的微结构和热电传输性能进行了系统研究.样品自由断裂面的场发射扫描电子显微镜及抛光面的背散射电子成分分析表明:块体材料晶粒细小,晶粒排列紧密,成分分布均匀且相结构单一,样品中存在大量10—100nm的层状结构.随着Se含量x的增加,样品的电导率和热导率逐渐增加,而Seebeck系数逐渐降低.相比商业应用的区熔材料,MS-SPS方法合成的高Se组成的样品均在425K后表现出更高的ZT值,其中(Bi0.85Sb0.15)2(Te0.83Se0.17)3样品具有最高的ZT值,在360K可达到0.96,并在320—500K均保持较高的ZT值,500K时其ZT值相比区熔材料提高了48%.此外,通过调节Se的含量,可以有效地调控材料的ZT峰值出现的温度段,这对多级或梯度热电器件的制备具有重要意义.     

TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响

采用区熔法结合放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了n型Bi₂Te₃基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了掺杂剂TeI₄的含量(质量百分比分别为0，0.05，0.08，0.10，0.13和0.15wt%)对热电性能的影响.结果表明：试样的载流子浓度(n)随TeI₄含量增加而增大，使电导率增大、塞贝克系数的绝对值先增大而后减小，从而导致品质因子(α²σ)呈先增加后降低的变化趋势；同时，由于异质离子(I^-)以及载流子对声子的散射作用增强，可显著降低其晶格热导率.烧结材料的性能优值(ZT=α²σT/κ)对应于TeI₄含量为0.08wt%有其最大值，约为0.92.此外，烧结材料的抗弯强度增加至80MPa左右，从而可以显著改善材料的可加工性以及元器件的使用可靠性. 关键词： 2Te₃')" href="#">Bi₂Te₃ 放电等离子体快速烧结 热电性能     

(Bi1-x Agx)2(Te1-ySey)3粉体的机械合金化制备及其放电等离子烧结体的热电输运特性

采用机械合金化制备了n型(Bi_1-xAg_x)₂(Te_1-ySe_y)₃合金粉体,对其进行XRD分析表明Bi,Te,Ag,Se单质粉末,经2h球磨后实现了合金化;SEM分析表明随着机械合金化时间延长粉体颗粒变得均匀、细小,颗粒尺寸在微米至亚微米数量级.采用放电等离子烧结制备了块体样品,研究了合金成分和球磨时间对热电性能的影响.结果表明材料的热电性能与掺杂元素有密切关系,Ag有利于提高功率因子和降低晶格热导率,球磨10h的(Bi_0.99Ag_0.01)₂(Te_0.96Se_0.04)₃合金粉末的烧结块体具有最大的功率因子和最低的晶格热导率,并在323K取得最高ZT值0.52. 关键词： 1-xAg_x)₂(Te_1-ySe_y)₃合金')" href="#">(Bi_1-xAg_x)₂(Te_1-ySe_y)₃合金 机械合金化 放电等离子烧结 热电性能     

非化学计量比AgSbTe2+x化合物制备及热电性能

采用高纯元素直接熔融、淬火并结合放电等离子烧结方法制备了非化学计量比AgSbTe_2+x(x=0—0.05)系列样品,研究了不同Te含量在300—600 K范围内对样品热电性能的影响规律.结果表明:随着Te含量的增加,Ag⁺离子空位浓度增加,空穴浓度和电导率大幅度提高,Seebeck系数减小.热导率随Te过量程度的增加略有增加,但所有Te过量样品的晶格热导率均介于0.32—0.49 W/mK之间,低于化学计量比样品的值,接近理论最低晶格热导率.AgS 关键词： 2')" href="#">AgSbTe₂ 非化学计量比 热电性能 热导率     

Detection of internal cracks and ultrasound characterization of nanostructured Bi₂Te₃-based thermoelectrics via acoustic microscopy

The search for thermoelectric (TE) materials for highly efficient devices aims at improving the TE efficiency and broadening their areas of applications. We created nanostructured thermoelectric Bi-Sb-Te-family materials by high energy (ball milling) pre-treatment of the parent materials followed by high-pressure/high-temperature treatment. Bi_0.5Sb_1.5Te₃ compositions with the superfluous maintenance of tellurium was used for the synthesis of the samples with p-type electrical conductivity. Acoustic microscopy was used to study elastic properties and bulk irregularities and to detection of internal cracks both in the parent materials and in the created nanostructured samples. The data has been used for optimization of parameters of synthesis of nanostructured thermoelectrics.     

制备工艺对p型碲化铋基合金热电性能的影响

利用区熔法、机械合金化、放电等离子烧结(SPS)技术、热压法等多种工艺制备了p型碲化铋基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了制备工艺对热电性能的影响.结果表明，所制备的块体材料与同组成区熔晶体相比，性能优值ZT均有不同程度的提高.其中，利用区熔法结合SPS技术可获得热电性能最佳的块体材料，其ZT值达1.15. 关键词： 碲化铋 放电等离子烧结 区熔法 热电性能     

Bi-Sb-Te基热电薄膜温差电池离子束溅射制备与表征

本文采用离子束溅射Bi/Te和Sb/Te二元复合靶,直接制备n型Bi₂Te₃热电薄膜和p型Sb₂Te₃热电薄膜.在退火时间同为1 h的条件下,对所制备的Bi₂Te₃薄膜和Sb₂Te₃薄膜进行不同温度的退火处理,并对其热电性能进行表征.结果表明,在退火温度为150 ℃时,制备的n型Bi₂Te₃关键词： 薄膜温差电池 2Te₃薄膜')" href="#">Sb₂Te₃薄膜 2Te₃薄膜')" href="#">Bi₂Te₃薄膜 离子束溅射     

Effect of tunneling on the thermoelectric efficiency of bulk nanostructured materials

The possibility of increasing the thermoelectric figure of merit for bulk nanostructured materials has been investigated theoretically. The kinetic coefficients of the nanostructured material have been calculated and evaluated under the assumption that the dominant role in the transfer is played by the tunneling of electrons between nanoparticles. The limiting case of the absence of phonon thermal conductivity through barrier layers has been considered. It has been demonstrated using the estimates obtained for materials based on Bi₂Te₃ that the thermopower in the nanostructured material can be sufficiently high and that, despite the low electrical conductivity, the dimensionless thermoelectric figure of merit can be as large as 3–4 at room temperature.     

Annealing effects on the structural and electrical transport properties of n-type Bi2Te2.7Se0.3 thin films deposited by flash evaporation

N-type Bi₂Te_2.7Se_0.3 thermoelectric thin films with thickness 800 nm have been deposited on glass substrates by flash evaporation method at 473 K. Annealing effects on the thermoelectric properties of Bi₂Te_2.7Se_0.3 thin films were examined in the temperature range 373-573 K. The structures, morphology and chemical composition of the thin films were characterized by X-ray diffraction, field emission scanning electron microscope and energy dispersive X-ray spectroscopy, respectively. Thermoelectric properties of the thin films have been evaluated by measurements of the electrical resistivity and Seebeck coefficient at 300 K. The Hall coefficients were measured at room temperature by the Van der Pauw method. The carrier concentration and mobility were calculated from the Hall coefficient. The films thickness of the annealed samples was measured by ellipsometer. When annealed at 473 K, the electrical resistivity and Seebeck coefficient are 2.7 mΩ cm and −180 μV/K, respectively. The maximum of thermoelectric power factor is enhanced to 12 μW/cm K².