湿化学法制备铜基闪锌矿结构纳米材料及热电性能研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:u482366
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
热电材料可以在固态下直接实现热能和电能的相互转化,对于实现废热回收、提高能源利用率具有重要意义。基于热电效应的器件具有无需气液循环系统、无噪音,可靠性高等多重优点,但由于其效率较低目前大规模应用受到限制。尽管目前研究者在二元热电材料中取得了巨大的进步,热电优值的记录一再提升。三元合金体系由于其元素选择的多样性,近年来也是热电领域研究的重点。其中,基于闪锌矿结构的三元铜基硫属化合物I3-V-VI4和I2-IV-VI3种类繁多,由于具有环境友好、元素地壳含量丰富、电学性能容易调控等优点备受科研工作者的广泛关注。但这些材料由于原子之间键很强,本征的晶格热导率较高,单一采用传统的固溶方法晶格热导率下降有限。借助微米尺度的晶界和纳米尺度的析出物对声子的散射,有望实现全尺度热传输抑制,进一步降低晶格热导率。本文采用湿化学方法,成功制备了具有闪锌矿结构的Cu3SbSe4纳米晶和Cu2SnTe3纳米晶,并针对这两个材料的电声输运特性和热电性能的优化进行了相关研究和初步探索,为两体系的后续研究奠定了重要基础。本文的主要研究内容如下:(1)采用微波辅助溶剂热法快速宏量制备了Cu3Sb1-xSnxSe4纳米晶,并结合放电等离子烧结工艺对其块体材料的热电性能进行了研究。Cu3SbSe4材料的本征载流子浓度较低,通过Sn元素掺杂,有效提升了材料的载流子浓度,从而大幅提高了材料的电导率。尽管材料的Seebeck系数减小,最终的功率因子也得到了很大的提升。另一方面,Sn元素的掺杂没有使材料的热导率明显升高。因此,主要归功于功率因子的显著提升,使得Sn元素掺杂的样品的zT值得到了极大的提高,最终Cu3Sb0.97Sn0.03Se4样品在温度为623 K时实现了最大zT值,达到0.8,比未掺杂样品提升了4倍多。(2)采用微波辅助溶剂热法快速宏量制备了Cu3-yAgySb1-xSnxSe4纳米晶,并对材料的微观结构和热电性能的关联关系进行了研究。通过XRD和TEM测试表明,合成的样品中有Cu2-xSe纳米析出相,会对样品的热电性能产生影响。通过Sn元素的掺杂优化材料电学性能的基础上,再在Cu原子位置固溶Ag原子,形成Ag、Sn元素共掺杂的Cu3-yAgySb1-xSnxSe4纳米晶合金,强烈散射声子从而使材料的晶格热导降低至玻璃极限。材料晶格热导率的降低主要归因于两点:一是固溶合金引起的点缺陷散射;其次是纳米析出相Cu2-xSe作为声子的附加散射中心增强对声子的散射,从而大幅降低了材料的晶格热导率。最终,名义成分为Cu2.8Ag0.2Sb0.95Sn0.05Se4的样品在温度为623 K时实现了最低晶格热导率0.27Wm-1K-1,并达到了最大zT值为1.18。该结果是到目前为止在Cu3SbSe4基块体热电材料中在同一温区(623 K左右)获得的zT最大记录值。(3)Cu2SnTe3作为I2-IV-VI3的重要成员,传统的固相烧结方法无法合成,热电性能未明。我们采用胶体合成法大剂量合成了Cu2SnTe3纳米晶,并结合放电等离子体烧结工艺合成块体样品,并对其热电性能进行了初步探索。通过SEM测试发现,样品的晶粒尺寸从几十纳米到一百纳米之间。通过测试热电性能发现,由于Cu2SnTe3样品的本征载流子浓度较高,因此电导率过大,而Seebeck系数很小,最终导致了样品很低的zT值。然而,Cu2SnTe3纳米材料的胶体合成法的大剂量成功合成,填补了I2-IV-VI3体系部分合金无法合成的空白,对该体系其他Te化物纳米材料的合成具有重要借鉴意义,对其块体材料热电性能的初步探索也为该材料热电性能的进一步优化设计提供了指导方向。
其他文献
改善关键摩擦副零部件材料的表面防护性能是确保机械系统在海水环境下长寿命稳定运转的一个非常重要的手段。本研究采用多弧离子镀技术制备了适用于海水环境不锈钢表面防护的
离子液体是生态友好的溶剂,作为一种新式的对环境友好的功能性材料,具有独特的理化性质例如可忽略的蒸气压,优良的导电性,较高的热稳定性及可设计性,使其在生命科学、药物化
近年来,随着建筑、电子、军事以及航空航天等领域的不断进步,传统的材料已经不能满足发展的要求,因而智能高分子材料应运而生。相比于其他智能材料,智能高分子材料具备易于合
随着在轨服务、空间攻防等的发展,空间飞行器相对导航技术,特别是空间飞行器自主相对导航技术的需求日益增多。相机在空间相对导航中是一种常用的传感器,具有体积小、重量轻,
在研究一些有定解条件限制的Hamilton系统时辛对称Hamilton算子具有重要的作用,因此研究辛对称Hamilton算子的性质是十分必要的.本文主要研究了辛对称Hamilton算子的可逆性、
喹诺酮类药物,是一种化学合成类抗菌药,对于阴性革兰氏以及阳性革兰氏等细菌具有良好的灭菌性能,根据发明药物的时间过程、结构以及抗菌谱广度,此类药物至今已经发展到了第三代。安妥沙星作为一种第三代新型的氟喹诺酮类化合物,它的脂溶性显著增加,耐受性好,口服生物利用率高、抗菌谱广、使用方便,且具有良好的消除半衰期和较低的心脏毒性以及光毒性,副作用少。然而,由于氟喹诺酮类化合物大多数是两性化合物,溶解性差,这
本研究以微生物燃料电池(MFC)和生物膜电极反应器(BER)为研究载体,将传统单阳极MFC改造为双层阳极MFC,增大阳极区的有效反应空间,从而提高染料降解效率。结合MFC提供电能和BER需求电能的特点,将MFC与BER构建耦合系统,耦合系统中的BER单元作为前处理装置,其出水作为后续MFC单元的进水,MFC单元产生的电能供给BER单元,从而实现物质与能量的双重耦合。本研究选取活性艳红X-3B作为目
滚筒洗衣机的普及让人们享受到了巨大的便利,但滚筒洗衣机脱水时仍然存在着振动的问题,制约了行业的进一步发展。本课题以创维F1221TDI直驱式滚筒洗衣机为研究对象,进行动态性能及参数优化研究。论文的主要工作内容如下:(1)考虑到洗衣机由不在同一平面的四个阻尼器构成,运用拉格朗日方程推导出滚筒洗衣机悬挂系统的六自由度振动微分方程。在两种不同工况下,对其动态性能进行了分析,为后续参数优化和模型验证奠定了
荧光检测法相比于其他检测手段具有可特异性识别、操作简便快捷和可视化检测等优点,已成为环境和生物体系中金属离子检测的重要方法之一。目前,已有的荧光探针多在可见光范围
首先,我们研究下述基尔霍夫-薛定谔-泊松系统解的存在问题(?)其中λ>0,b≥ 0,1