Bi2S3热电材料的理论计算及性能研究

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当今社会快速发展,带来了物质的极大丰富,也带来了能源过快消耗以及环境问题,能源危机是我国乃至全世界面临的巨大问题。然而,人们发现,在当今利用的能源中,并不是所有的能源都能被有效的利用,绝大多数的能源都是以废热的形式浪费掉的。如果我们能充分利用这些废热,能源危机问题就可以极大的得到缓解。而热电材料就是一种能将热能转换为电能的半导体材料。目前,在热电材料研究领域,因金属硫族化合物种类繁多,性能良好而被广泛所关注,在这些金属硫族化合物中,Bi2S3由于高的赛贝克系数和低的热导率而成为备受关注的一种热电材料,但由于电导率很低,影响着其热电性能。在金属硫族化合物制备方法中,目前大多为熔炼,而后进行热压或活化烧结,该方法的制备工艺复杂,成本高,不利于实现规模化生产。针对以上的问题,本论文做了如下研究:(1)首先通过理论计算能带角度证明Sn4+掺杂使Bi2S3导电性提高,且随着掺杂量的升高而升高。(2)在制备方面,采用溶剂热法合成Sn4+掺杂Bi2S3粉体,之后分别采用等离子体(PAS)和微波烧结进行致密化。PAS烧结后晶粒大小为0.50μm-1μm,当Sn4+掺杂量为2.50%时,在673K得到最高ZT值为0.52(3)采用微波烧结制备的Sn4+掺杂的Bi2S3热电材料性能有所提高,当Sn4+掺杂量为1.50%时,在673K时得到的最大ZT值为0.67,比纯Bi2S3样品提高了约8倍。因此将溶剂热法合成的Sn4+掺杂Bi2S3粉体采用微波烧结方式更有利于热电性能的提高。
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