【摘 要】
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自人类进入工业文明以来,化石能源作为人类文明的驱动力已日趋完善,但是其弊端也随之变得尖锐起来,环境污染和其不可再生性催促着科研人员去寻找新型的清洁能源。热电材料作为一种将热能和电能相互转化的功能性材料而受到广泛关注,它可以利用材料自身的热差进行发电,也可以通入电流实现材料一端的制冷,用途十分广泛。就目前而言,Bi-Te基热电材料是室温附近热电性能做好、应用最为成熟的热电材料,但随着近些年来研究人员
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自人类进入工业文明以来,化石能源作为人类文明的驱动力已日趋完善,但是其弊端也随之变得尖锐起来,环境污染和其不可再生性催促着科研人员去寻找新型的清洁能源。热电材料作为一种将热能和电能相互转化的功能性材料而受到广泛关注,它可以利用材料自身的热差进行发电,也可以通入电流实现材料一端的制冷,用途十分广泛。就目前而言,Bi-Te基热电材料是室温附近热电性能做好、应用最为成熟的热电材料,但随着近些年来研究人员对热电材料的不断探索,大量新体系的热电材料被研发出来,Bi2Te3基热电材料相比之下其热电优值逊色许多。因此针对于Bi2Te3基热电材料低的转化效率,我们采取化学镀和退火处理提升它的热电优值,探索它对热电性能和机械性能的影响。主要内容和结论如下:1、探究化学镀铜及退火处理对P型Bi0.5Sb1.5Te3合金的影响。化学镀铜大幅增强其电导率致使其ZT值增加,同时退火处理后晶粒细化导致更多的晶界使声子散射,降低了晶格热导率使其ZT值增加,对于热电优值ZT来说,退火处理的试样高于未经退火处理的试样,化学镀铜处理的试样高于未经化学镀铜处理的试样。最终,经过化学镀铜加退火处理的试样最高ZT值为0.71,其平均ZT值为0.65。2、在以此基础上,进一步研究了复合化学镀镍铜对P型Bi0.5Sb1.5Te3合金的影响。双重金属掺杂增大了载流子浓度、载流子迁移率和有效质量,提高了材料的功率因子。同时双重金属掺杂在材料内部形成多种尺度的缺陷,降低晶格热导率。最终,在0.3wt.%Ni0.25wt.%Cu的试样中获得最高ZT值1.16。3、针对N型Bi2Te3基热电材料,我们探究了化学镀铜对Bi2Te2.4Se0.6合金的影响。与P型热电材料不同,化学镀主要针对Seebeck系数起增加作用,而对电导率反而降低。最终,浓度为0.05wt.%Cu的试样获得了最高ZT值0.94,相较于原始Bi2Te2.4Se0.6合金提高了44.6%。4、基于以上的实验结果,我们对化学镀锌和锡工艺处理Bi2Te2.4Se0.6合金进行了初步探索。实验表明化学镀锌在成分浓度较低的情况下对ZT值有大的提升作用,在浓度为0.15wt.%时ZT值打达到最高,而当成分浓度的增加至0.35wt.%时,其ZT值与原始BTS试样相差不大。最终化学镀锌工艺使试样ZT值最高达到1.06,相对于原始试样提高了53.6%,而化学镀锡工艺却使Bi2Te2.4Se0.6合金的ZT值降低,甚至低于原始Bi2Te2.4Se0.6试样。
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