【摘 要】
：
热电材料在废热回收、半导体制冷、物联网以及传感器领域存在广泛的应用前景。碲化铋基热电材料自20世纪50年代被发现以来,其热电性能不断得到突破,目前为止碲化铋基热电材料已经被广泛商业应用。但是碲化铋材料的力学性能和热电性能依然有进一步提升的空间。本论文研究对象为p型碲化铋基热电材料,通过微调整其化学计量比、掺杂以及第二相复合提升了p型碲化铋的热电性能和力学性能,并针对其性能增强机理进行深入研究,主要
论文部分内容阅读
热电材料在废热回收、半导体制冷、物联网以及传感器领域存在广泛的应用前景。碲化铋基热电材料自20世纪50年代被发现以来,其热电性能不断得到突破,目前为止碲化铋基热电材料已经被广泛商业应用。但是碲化铋材料的力学性能和热电性能依然有进一步提升的空间。本论文研究对象为p型碲化铋基热电材料,通过微调整其化学计量比、掺杂以及第二相复合提升了p型碲化铋的热电性能和力学性能,并针对其性能增强机理进行深入研究,主要内容包括:（1）熔融法结合放电等离子烧结技术制备了p型多晶碲化铋热电材料,并研究了方向性及化学计量比对其性能的影响。发现在样品的平行于SPS压力方向上的性能最优,当化学计量比为Bi0.42Sb1.58Te3时其热电优值达到最大值在323K达到了0.85。（2）通过固相法制备了CsBr掺杂的Bi0.42Sb1.58Te3块体材料,由于Cs+取代了基体的Sb3+引起载流子浓度的变化以及产生第二相Sb2O3同时增大了功率因子以及降低了材料的热导率,最终Bi0.42Sb1.58Te3+0.25 wt%Cs Br样品ZT值在323K达到1.2。（3）通过固相法制备了Cu1.8S掺杂Bi0.42Sb1.58Te3块体材料,Cu+和S2-的对Bi3+/Sb3+和Te2-的取代,导致基体的载流子浓度升高同时引入等电势电子阱,使材料的电导率得到优化;引入点缺陷、晶粒细化、孔以及孪晶界面共同降低了材料的热导率,最终Bi0.42Sb1.58Te3+0.05 wt%Cu1.8S样品在373 K热电优值达到1.23;针对于BST+0.3 wt%Cu1.8S样品,由于掺杂使其载流子浓度大幅提高,抑制了双极效应使其ZT峰值推至中温区,针对此样品引入第二相Sn O2复合降低电导率同时降低材料热导率,最终Bi0.42Sb1.58Te3+0.3 wt%Cu1.8S+1.0 wt%Sn O2样品ZT值在500 K达到0.92。（4）通过固相法制备了Ir复合Bi0.42Sb1.58Te3块体材料,引入特殊的晶界结构提高材料的迁移率进而提高电导率,引入质量波动散射降低材料热导率,最终Bi0.42Sb1.58Te3+0.5 wt%Ir样品在323 K ZT值达到1.4。由其制备而成的热电器件转换效率为6.21%。本论文通过三种方法优化p型碲化铋的性能,均达到商业使用标准,为商业应用提供新的材料选择以及为其他热电材料体系的优化思路提供借鉴。
其他文献
碳纳米管（CNTs）以其优异的性能广泛受到研究人员的青睐,常用来作为提高复合材料性能的增强相。大多数研究中是将CNTs分布在整个基体中,由于CNTs极易团聚,在基体中很难均匀分散,因此其与基体的界面结合很弱,对于材料性能的提高并不明显。后来研究人员根据这个问题又提出了许多新的方案,虽然提高了复合材料的强度,但却是以牺牲延展性和导电率作为代价,CNTs作为增强体与金属基体间的综合性能优势并不能得到很
为实现2050年碳中和的目标,氢气等清洁能源的制取及储存技术则是关键。由Pt基催化剂组成的固体聚合物电解质（SPE）膜电极应用于制/储氢领域,技术研发重点聚焦于Pt-基合金催化剂的低成本化、稳定性以及构效关系研究。本文采用离子束溅射（IBS）技术制备PtTi/C和PtTiCeOX/C合金催化剂,采用四种酸蚀体系对PtTi/C合金催化剂进行电化学去合金化处理,通过正交实验结果及极差分析结果确定PtT
碳纳米管（Carbon nanotubes,CNTs）以其优异的力学、电学、化学和热性能被视为铜基复合材料的理想增强体之一。但CNTs增强的铜基复合材料的性能仍低于理论预测值,这主要是由于CNTs具有巨大的比表面积,在较强的范德华力作用下,易于团聚。CNTs与铜之间润湿性差,导致两者之间的界面结合强度较低。为了充分发挥CNTs的强化效率,本实验利用复合电沉积方法制备了CNTs/Cu复合材料。通过调
随着我国轨道交通行业飞速发展及世界范围内对轨道列车提速减排要求的提升,轨道交通车体中铝材所占的比例逐渐提高,铝合金的焊接结构也得到越来越多的关注。但在铝合金焊材尤其是高品质焊丝方面,目前的供应几乎被外国几家大公司所垄断,存在严重的“卡脖子”问题,因此亟需寻找一种经济高效的方法提高国内自主生产铝合金焊丝的质量及稳定性,使其部分替代进口焊丝,打破国外的垄断。本文通过分析国产、进口5087焊丝及其所焊接
由于世界对能源的大量需求,开发新型半导体材料,用于为工业和家庭使用产生能量至关重要。其中二维材料因其具备独特且优越的物理化学性质,引起了人们的广泛探索。然而,通过实验筛选高质量的二维材料通常是非常困难和昂贵的。因此在实验研究之前利用第一性原理从理论上计算筛选调控具有优异电子性质的二维材料具有重要意义。本文基于密度泛函理论的第一性原理计算,对三种不同排列方式α（Ⅳ-Ⅴ-Ⅴ-Ⅳ）、β（Ⅴ-Ⅳ-Ⅳ-Ⅴ）
随着社会的快速发展,能源与环境问题日益严峻,汽车行业也将实施轻量化作为减少温室气体排放的策略。Fe-Mn-Al-C系低密度钢作为潜在先进高强钢的一类,表现出高强度、韧性、疲劳性能的良好结合,很有希望应用于合金的结构用途领域,被视为汽车轻量化材料的未来发展方向。Fe-Mn-Al-C系低密度钢通过成分设计与工艺调控,可以产生多种微观结构并获得较好的性能,但目前由于缺乏应用性能方面的相关知识,加上该钢种
铝合金在航空航天,交通运输等高端领域有着广泛的应用。尤其是在对轻量化有很高要求的航空工业中,铝材是首选的结构材料。传统的成型方法如铸造,锻造,机加工等成型铝合金薄壁壳体零件时易产生变形,加工质量难以控制。电弧增材制造是一种以焊接过程中的电弧热为热源,以金属丝材为增材原料,通过软件进行模型分层和路径规划,自下而上层层焊缝累加成型的一种增材方式。相较于传统的减材制造,电弧增材制造具有沉积速率高、生产周
为顺应社会高速发展的能源需求和遵循可持续发展战略,需要开发清洁高效的能源转换与储存器件。锌-空气电池具有理论能量密度高、低成本和环境友好等优点,有望发展成为继锂离子电池后的主流电池。由于阴极氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）动力学缓慢限制了锌-空气电池的性能,开发廉价高效的非贵金属催化剂是解决该问题的关键。钴基磷化物具有高电导率和耐久性等优点,可作为替代贵金属催化剂的材料之一,但因其氧还原活
湿法冶金有色金属电积过程的高能耗问题一直是冶金工作者所关心的热点课题。电极板作为工业生产中所用的关键材料,其选择与制备是至关重要的。同时,工业生产中槽内的电极板表面实际电流分布情况对电积效率和上板量等经济效益也有着重要影响。因此本文在课题组前期制备的新型Al/Ti B2+Ti4O7/Pb O2层状复合阳极的基础上,运用有限元仿真软件COMSOL模拟了该阳极在锌电解中的电场分布。首先对比模拟了传统铅
近年来,光催化纳米材料因其太阳能利用率高、有机污染物降解效率快等优点,获得了广泛关注。为此,研究人员着力于制备成本低廉、循环稳定性好且光催化效率优异的纳米光催化剂。研究发现,SnO2是一种合成成本低、电化学性能优越的n型宽禁带半导体。CuO则是具有带隙窄、成本低、对可见光敏感等特点的p型半导体,已被用于光催化剂和太阳能电池等领域;但其载流子复合率较高且对红外、紫外光不敏感,导致其处理污水的能力有限