碲化物纳米材料:水热制备及其薄膜的热电性能

来源 :江西科技师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lingliang416
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随着社会经济的发展,能量需求的加剧,环境污染和能源短缺等问题日益严重。热电材料可以实现热能与电能的直接互相转换,是绿色能源技术的代表,可有效收集废热,从而达到节约能源的目的,在制冷与发电方面具有广泛的应用。无机热电材料由于较高的热电性能得到了广泛的研究和应用。碲基纳米材料因为具有较高的量子限域效应、大的比表面积、强的声子散射和能级间矩的提升可以实现较高的Seebeck系数和较低的热导率,在热电材料的研究中具有很好的应用潜能。但是其低的电导率限制了其在热电领域的应用。通过金属原子的掺杂可以很好地实现热电性能的提升。而聚偏氟乙稀(PVDF)作为柔性基底对于提升无机物的柔性具有显著的作用,被广泛的应用于高性能柔性无机化合物薄膜的制备。本文在制备了碲及碲基纳米复合材料的基础上,系统地研究了不同条件对其热电性能的影响及在热电转化器件中的潜能。1.用水热法简便的合成了超细碲纳米线(直径为1035 nm),通过抽滤得到了自支撑薄膜,进一步与PVDF复合得到了柔性薄膜。结果表明:制备的碲纳米线在室温下显示出比以前报道的碲纳米线高的Seebeck系数和热导率,分别为551?V K-1和0.16 W m-1 K-1。低的热导率使碲纳米线拥有高的ZT。通过与PVDF结合,Seebeck系数较之前有所减小,为469.5?V K-1,这仍旧比一些报道的要高。合成的碲纳米线为接下来碲化物的制备提供了模板,柔性复合薄膜为进一步柔性器件的制备和形成提供了可能。2.通过简单的电偶交换反应(GER),在室温下以碲纳米线为模板,合成了n型碲银纳米线,在反应时间和硝酸银浓度的优化后,得到的Seebeck系数为-93.98?V K-1。进一步直接与PVDF薄膜压片得到了柔性n型碲化银薄膜。通过水热法我们得到了p型碲银纳米线,得到了0.63?W m-1 K-2的功率因子。无论n型还是p型复合薄膜相较于纯的碲纳米线热电性能实现了数量级的提升。n型与p型碲银薄膜组装成p、n型热电器件,在75 K时得到65 mV的输出电压。电偶交换反应为其它无机物柔性复合薄膜制备提供了潜在的可能。3、利用简单的水热法合成了碲铌纳米材料,通过对不同反应物的比例调节,在比例为1时,得到最大功率因子43.50?W·m-1·K-2。通过对其放置时间的探究,我们发现,碲化铌具有稳定的热电性能,这对于我们进一步对于其热电性能的研究提供了基础。
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