热电材料PbTe1-xSex的高压制备及电学性能研究

 利用高温高压技术,制备了热电材料PbTe和PbSe的固溶体合金PbTe_1-xSe_x,在室温下对其结构及电学性质进行了研究。X射线衍射（XRD）测试结果表明：PbTe_1-xSe_x具有NaCl结构;晶格常数随着Se含量（x）的增加而减小;PbTe_1-xSe_x的电阻率和Seebeck系数的绝对值随x的增大而减小;功率因子随x的增大先增大而后减小,当x=0.1时功率因子最高,达到21.7 μW/(cm·K²),比相同条件下制备的PbTe高20%。     

Effects of Al and Ti/Cu on Synthesis of Type-IIa Diamond Crystals in Ni70Mn25Co5-C System at HPHT

High-quality type-Ⅱa gem diamond crystals are successfully synthesized in a NiToMn25Co5-C system by temperature gradient method （TGM） at about 5.5 GPa and 1560 K. Al and Ti/Cu are used as nitrogen getters respectively. While nitrogen getter Al or Ti/Cu is added into the synthesis system, some inclusions and caves tend to be introduced into the crystals. When Al is added into the solvent alloy, we would hardly gain high-quality type-Ⅱa diamond crystals with nitrogen concentration Nc 〈 1 ppm because of the reversible reaction of Al and N at high pressure and high temperature （HPHT）. Piowever, when Ti/Cu is added into the solvent alloy, high-quality type-Ⅱa diamond crystals with Nc 〈 1 ppm can be grown by decreasing the growth rate of diamonds.     

降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响

在国产六面顶压机上,采用温度梯度法,在5.6 GPa,1200—1400?C的高压高温条件下,裂晶问题频繁出现的合成周期内,围绕裂晶现象开展了Ib型宝石级金刚石单晶的生长研究,系统考察了降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响.针对宝石级金刚石单晶常见的裂纹缺陷,借助于扫描电子显微镜,分别对优质金刚石单晶和存在裂纹金刚石单晶的表面形貌进行了表征;利用微区傅里叶转换红外光谱测试手段,对上述两类晶体的N杂质含量分别进行了测试,依据测试结果,对裂晶出现的原因进行了分析;分别采用传统断电降温和缓慢降温工艺,考察了晶体生长结束后的降温工艺对宝石级金刚石单晶品质的影响.结果表明,缓慢降温工艺在很大程度上可以有效抑制裂晶问题出现.另外,从宝石级金刚石单晶品质和单晶受到的外应力两个方面着手,分别对裂晶出现的机理和采用缓慢降温工艺有效解决裂晶问题的机理进行了讨论.     

硼硫协同掺杂金刚石的高压合成与电学性能研究

FeNiMnCo-C体系中,在压力6.5 GPa、温度1280—1300℃的极端物理条件下,采用温度梯度法成功合成了硼(B)、硫(S)协同掺杂金刚石大单晶.通过傅里叶红外光谱测试对高温高压所制备金刚石中的杂质进行了表征.借助霍尔效应对典型金刚石样品的电输运性能进行了测试,测试结果表明:硼硫协同掺杂有利于提高p型金刚石的电导率,而且硼硫在合成体系中的添加比例可以决定金刚石的p, n特性.此外,第一性原理计算结果表明,合成体系中不同比例的硼硫协同掺杂对金刚石的p, n特性以及电导率有着直接的影响,计算结果与实验测试结果相吻合.     

有限元法在金刚石合成中的应用进展

金刚石以其优异的性能广泛应用于国防工程、机械加工、电子科技等领域,其需求量也日益增大。有限元法适用于复杂几何结构和物理问题的模拟分析,由此开辟了有限元法应用于金刚石合成和相应设备优化的新途径。阐述了有限元方法在六面顶压机及金刚石合成腔体工艺方面的应用进展。首先,考虑静力、应力强度、应力分布和形变等影响因素,对铰链梁和工作缸进行模拟分析,运用有限元法对顶锤的作用、破坏机理及新型顶锤设计进行探讨;其次,总结有限元法在金刚石腔体内的温度场、压力场、电学场等研究中的应用进展;最后,对有限元法在金刚石合成中的应用前景进行展望。     

Sn1-xGexTe的高温高压合成及热电性能

在众多热电材料中,SnTe具有与PbTe相同的晶体结构且不含重金属Pb,近年来引起了人们的广泛关注。目前,本征SnTe的热电性能并不特别优异,存在以下问题:大量本征Sn空位导致载流子浓度过高,从而降低了电输运性能;价带中的轻带与重带能量劈裂较大,且带隙过窄,不利于通过重带参与电运输提高Seebeck系数;晶格热导率较大。利用高温高压方法快速合成了Ge掺杂的SnTe合金,系统研究了不同Ge含量对SnTe的微观结构和热电性能的影响。结果表明:Ge掺杂能够有效地调控SnTe材料的电运输性能;Ge掺杂使样品的微观结构发生变化,样品晶粒细化,且析出纳米第二相,晶界和纳米相对声子的散射作用降低了热导率;样品Ge_0.2Sn_0.8Te在700 K时的热电优值达到0.35。     

Dependence of Limited Growth Rate of High-Quality Gem Diamond on Growth Conditions

The growth rate of diamond has been investigated for a long time and researchers have been attempting to enhance the growth rate of high-quality gem diamond infinitely. However, it has been found according to previous research results that the quality of diamond is debased with the increase of growth rate. Thus, under specific conditions, the growth rate of high-quality diamond cannot exceed a limited value that is called the limited growth rate of diamond. We synthesize a series of type Ib gem diamonds by temperature gradient method under high pressure and high temperature （HPHT） using the as-grown {100} face. The dependence of limited growth rate on growth conditions is studied. The results show that the limited growth rate increases when synthetic temperature decreases, also when growth time is prolonged.     

金刚石合成用触媒的应用及展望

金刚石是集多种极限性能于一身并可在各种严苛环境下工作的理想材料.触媒材料能降低金刚石高温高压合成条件并使金刚石合成得以工业化.触媒对金刚石的科学研究和工业技术的提高是十分重要的.本文介绍了触媒材料的发现历程及触媒在金刚石合成中的作用机理;从触媒所包含的金属触媒和非金属触媒两大类分别综述了各种触媒的研究现状.在研究上述各触媒在金刚石合成中的合成条件及合成效果的基础上对这两类触媒的使用特点进行了总结.由此指出金属触媒中的合金触媒最适合应用在工业生产上,非金属触媒有利于模拟天然金刚石的成因,具有潜在的研究价值.最后本文对今后触媒的发展方向进行了展望.     

Ib型金刚石大单晶的限形生长

金刚石的限形生长有利于其后续加工.对于磨料级金刚石限形生长的研究已经比较透彻,但金刚石大单晶的限形生长尚缺乏全面系统的研究.本文以Fe Ni(64wt%:36wt%)合金为触媒,利用高温高压下的温度梯度法在5.6 GPa时对不同温度下分别沿(100)面和(111)面生长的Ib型金刚石大单晶的晶形进行了研究.研究表明:随着温度的升高,沿(100)晶面生长的金刚石大单晶的晶形分别为板状、塔状直至尖塔状,而沿(111)面生长的金刚石大单晶的晶形则分别为塔状和板状;分析了不同温度下分别沿(100)面和(111)面生长金刚石大单晶不同晶形高径比的变化情况.利用不同压力和温度下的金刚石大单晶合成实验绘制了沿(100)和(111)面生长金刚石大单晶的晶形在V形生长区域内的分布示意图,表明沿(111)面生长的金刚石大单晶V形区温度下限明显比以(100)面生长的高,而沿这两面生长金刚石大单晶的V形区温度上限差别并不明显.对不同生长面V形区温度上下限的差别进行了解释,据此实现了Ib型金刚石大单晶的限形生长.     

高压合成AgSbTe2-Sb2Te3的热电性能研究

 利用高压方法,合成了富Sb₂Te₃的AgSbTe₂热电材料(AgSbTe₂)_1-x(Sb₂Te₃)_x (0≤x≤0.3),并对其结构和热电性质进行了研究。结果表明：(AgSbTe₂)_1-x(Sb₂Te₃)_x样品为近单相的AgSbTe₂材料;随着制备压力和Sb₂Te₃掺杂量的增加,(AgSbTe₂)_1-x(Sb₂Te₃)_x的电阻率大幅降低;Seebeck系数在高压作用下变小,而少量掺杂Sb₂Te₃却能提高Seebeck系数;在高压和微量掺杂Sb₂Te₃的共同作用下,AgSbTe₂的功率因子得到了提高;2.0 GPa高压下,制备的Ag_0.9Sb_1.1Te_2.1的品质因子达到0.466,接近Bi₂Te₃的品质因子。