【摘 要】
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近年来,随着经济的快速发展,能源的消耗日益增多,由此引发了严重的能源危机问题以及环境污染问题,对人类社会的发展以及生活造成了许多不良的影响,寻找新型清洁能源技术迫在眉睫。热电材料是一种能将热能和电能进行相互转换的材料,具有无污染、无噪音、寿命长等优点,但由于其转换效率低,多用于航空航天等高端领域,难以大规模商用,而寻求高性能热电材料以及提升现有热电材料的热电优值（ZT值）为解决这一问题提供了无限可
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近年来,随着经济的快速发展,能源的消耗日益增多,由此引发了严重的能源危机问题以及环境污染问题,对人类社会的发展以及生活造成了许多不良的影响,寻找新型清洁能源技术迫在眉睫。热电材料是一种能将热能和电能进行相互转换的材料,具有无污染、无噪音、寿命长等优点,但由于其转换效率低,多用于航空航天等高端领域,难以大规模商用,而寻求高性能热电材料以及提升现有热电材料的热电优值（ZT值）为解决这一问题提供了无限可能。Cu2Se基热电材料是典型的类液态材料之一,高温下Cu离子的自由迁移性使其具有较低的晶格热导率以及较高的热电性能。不仅如此,其还具有原材料储量丰富、价格低廉、无毒且制备工艺简单等诸多优点,故本文选取Cu2Se为研究对象,探究了元素掺杂、引入纳米第二相以及增加纳米孔洞对其热电性能的影响。本文中所有所需目标样品均是通过水热法和热压法制备的,并对其物相结构以及电输运性能、热输运性能进行测试分析。首先,以Cu2Se为基底,进行微量Pb掺杂和Lu掺杂,研究元素掺杂对其热电性能的影响。接着,在Cu2Se和Cu1.98Li0.02Se材料的基础上,引入零维碳纳米材料碳点（CDs）作为纳米第二相,探究其对热输运性能以及电输运性能的影响。最后,将Cu2Se粉末与研磨好的C8H8和NH4HCO3有机粉末混合均匀,高温烧结调控其纳米孔洞,探究纳米孔对Cu2Se材料ZT值的影响。通过分析实验数据发现,虽然Pb掺杂降低了载流子浓度和迁移率,功率因子下降,但增加了点缺陷,降低了晶格热导率,改善了热输运性能,综合作用下材料的热电性能有所提升。Lu掺杂使电输性能恶化,最终ZT值并没有升高。CDs的引入能够细化晶粒,增强声子散射,降低晶格热导率;尽管由于载流子迁移率降低,其电输运性能有所下降;但仍有利于材料ZT值的提升。通过引入纳米孔洞的方法优化Cu2Se的热电性能是非常有效且便捷的,孔洞增多能有效散射声子,降低了材料的晶格热导率,电输运性能也有所提升。但是需要注意,孔洞尺寸、均匀性等均会影响材料的热电性能,该实验仍需进一步探索。最终,对于Pb掺杂的Cu2Se系列样品,Cu1.97Pb0.03Se的ZT值在973 K达到了1.6,比纯样性能提升了34.7%左右;Lu掺杂系列样品的电输运性能最高提升了33.3%;CDs弥散系列样品的最高ZT值在Cu2Se+0.8 wt%和Cu1.98Li0.02Se+0.015 wt%中获得,温度为973 K时,分别为1.98和1.67。
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