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热电材料的基本特征是将热能直接转化为电能,本质上采用固体载流子输运能量。高性能热电材料的研究突破,能够满足能源材料的基本要求,有利于解决日益严重的能源危机。PN结在一定程度内可以解耦电子和声子的输运过程,进而影响Seebeck系数,电导率和热导率三个热电性能最重要的参数。因此,论文选择以纳米N型PbTe复合P型Bi0.5Sb1.5Te3基体,形成纳米PN,结结构。研究了 N型PbTe纳米立方晶体的尺寸,形貌,表面氧化程度以及分散性,组成PN结的界面功函数以及嵌入式PN结的纳米复合材料的热电性能。采用扫描电镜(SEM),高分辨透射电镜(HRTEM),电子探针(EPMA),拉曼光谱(Raman)以及飞行时间质谱(TOF-SIMS)等多种测试手段首次对PN结的嵌入式结构进行表征。并且如何抑制N型PbTe纳米晶体表面过度氧化的问题,以及在热电复合材料烧结过程中,最大限度保持嵌入式结构的PN结,优化ZT值。具体工作分为以下三个部分:1采用改性热注入法制备高纯度的PbTe纳米立方晶体。通过优化影响因素和改进的实验制备条件,结果表明,PbTe纳米立方晶体的尺寸为17±20nm,尺寸均匀,方块形貌顶角接近90°直角,在甲苯溶剂中分散性良好,有效地抑制PbTe表面氧化。另外,PbTe与镀金的硅模板组装成薄膜器件之后,经过四探针法测试电阻率,结果表明高纯度PbTe纳米晶体具有较低的电阻。2运用组装成膜技术,将一定浓度的N型PbTe纳米立方晶体甲苯悬浮液排列组装在P型基体Bi0.5Sb1.5Te3表面,形成PN结界面。界面功函数经由紫外线光电子能谱(UPS)测量。结果表明,有序排列PbTe纳米立方晶体的PN结的功函数(3.5eV)远低于无序排列PN结(4.5eV)。在短时间内利用真空泵快速抽干甲苯溶剂,有利于保持PbTe纳米立方晶体有序排列结构,降低PN结表面粗糙度,减小功函数。功函数降低,说明电子从PbTe纳米立方晶体表面逃逸,克服束缚的能量减小。为PN结纳米复合材料,具有较好的热电性能提供理论支持。3采用组装成膜-冷压成片-放电等离子烧结(SPS)方式相结合,即N型PbTe纳米立方晶体组装在P型Bi0.5Sb1.5Te3表面,冷压成为片状的PN结,然后将多个PN结薄片装入石墨模具,进行SPS加压烧结,形成具有嵌入式结构的PN结纳米复合热电块体材料。热电性能的测试结果表明,在掺杂N型PbTe纳米立方晶体浓度为0.05%时,PN结纳米复合材料的ZT值为1.69(348K)。着重分析了嵌入式PN结,同时大幅升高Seebeck系数和降低总体热导率的机理。嵌入式的PN结所具备的内建电场和载流子耗尽层,降低载流子浓度,提高Seebeck系数。降低晶格热导率是因为声子被大量的纳米颗粒散射,而电子热导率的降低是源于电子-空穴的中和效应,因此总体热导率降低。总之,采用以甲苯为代表的改性热注入法,成功制备了尺寸形貌可控,表面低氧化的单分散高纯度PbTe纳米立方晶体,研究了 PbTe/Bi0.5Sb1.5Te3的PN结界面功函数对热电性能的影响,合成嵌入式结构的PN结热电纳米复合材料拥有较高的ZT值。