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热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的功能材料,在温差发电和热电制冷等领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。Bi2Te3基化合物的最高无量纲热电优值ZT接近于1,是目前室温附近应用的最好的热电材料。制备纳米和低维的热电材料有助于提高材料的热电性能。 本文采用了一种新的低温湿化学合成方法,合成得到了Bi2Te3纳米粉末。相对于水热溶剂热合成,这种低温湿化学的方法在敞开体系下进行,反应过程大大简化。应用XRD、TEM、SEM等手段对合成粉末进行了物相成分和微观形貌结构的分析;实验研究和具体讨论了Bi2Te3水热合成过程中的化学反应机理和形核长大机制。最后采用真空热压技术,对部分Bi2Te3基合金纳米粉末进行热压,并测试了其热电性能。本文主要取得以下研究结果: 1.采用低温湿化学合成方法,以BiCl3、Te粉或碲化合物为反应前驱体,在50～60℃合成得到了Bi2Te3纳米粉末。通过对溶液pH值和颜色以及粉末结构的原位分析,并通过一系列对比实验和产物的物相分析,研究了低温湿化学Bi2Te3纳米粉末合成过程中的化学和物理反应机制。结果表明,碱性添加剂对合成Bi2Te3是必要的。 2.在添加乙二胺四乙酸二钠（EDTA）的情况下,首次制备了具有中空结构胶囊状的Bi2Te3纳米粉末。这些纳米胶囊的直径为50～200nm,长度约为100～800nm。高分辨电镜观察下,可以看出纳米胶囊的壁厚约为6nm,垂直于Bi2Te3晶格的C轴方向。讨论了碱性条件下EDTA在Bi2Te3纳米胶囊形成过程中的软模板作用。 3.在添加十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的情况下,制备得到了Bi2Te3纳米线。直径为50～100nm,长度约为0.5～2μm。从Bi2Te3纳米线上的电子衍射照片上分析得出,纳米线平行于Bi2Te3晶体结构的c轴方向。这种纳米线的生长机制取决于Te在反应过程中的胶体转变过程,同时SDBS通过对Bi2Te3晶核的吸附,起到了空间位阻的作用,使得Bi2Te3纳米颗粒可以沿一定取向生长。 4.使用Na2TeO3作为Te源,利用类似的反应条件以及酸性条件下的还原共沉淀法,还可以得到10～30nm的纳米颗粒或直径约为50nm的纳米管。此外,还应用其他的表面活性剂对产物的尺寸和微观形貌进行控制。