BiCuOSe基熱電材料的摻雜改性.pdf

1、層狀結(jié)構(gòu)的p型半導(dǎo)體BiCuSeO氧硫族化物由于熱導(dǎo)率較低引起了研究者廣泛關(guān)注。然而BiCuSeO本征電導(dǎo)率較低,成為限制其應(yīng)用的主要原因。研究發(fā)現(xiàn),通過摻雜的方法可提升BiCuSeO電導(dǎo)率,從而改善其熱電性能。本文采用了兩步固相反應(yīng)及放電等離子燒結(jié)制備了Mg、Na及S摻雜的BiCuSeO基熱電材料,利用XRD、SEM表征了樣品的物相結(jié)構(gòu)及微觀形貌。利用UlvacRikoZEM-2、NetzschLFA427、DSC、PPMS等測(cè)試系統(tǒng)

2、測(cè)試樣品的熱電性能。
　　Bi1-xMgxCuSeO(0≤x≤0.125)樣品的研究表明,摻雜樣品均為純相結(jié)構(gòu)。Mg摻雜之后,材料電導(dǎo)率得到提高,熱導(dǎo)率降低,熱電優(yōu)值提升,ZT值在923K時(shí)由純相BiCuSeO的0.45提高到Mg摻雜樣品Bi0.95Mg0.05CuSeO的0.67。然而,Mg摻雜效率較低導(dǎo)致空穴載流子濃度增加有限,其電導(dǎo)率的增加也相對(duì)較低,熱電優(yōu)值的提升也低于Ca、Sr、Ba的摻雜(Bi0.925Ca0.075C

3、uSeO~0.90,Bi0.875Ba0.125CuSeO~1.1,Bi0.925Sr0.075CuSe~O0.76)。
　　Bi1-xNaxCuSeO(0≤x≤0.02)樣品的研究表明,Na摻雜之后,載流子濃度增加。室溫下,當(dāng)Na的摻雜量為0.02時(shí),載流子濃度最大為1.3×1020cm?3,功率因子PF最高,高達(dá)8×10-4μWcm-1K-2。但是Na摻雜樣品的功率因子隨著溫度的升高而降低,與堿土金屬摻雜樣品的變化趨勢(shì)正好相反

4、。當(dāng)Na的摻雜量為0.02時(shí),在絕對(duì)溫度873K下樣品Bi0.98Na0.02CuSeO的ZT值達(dá)到最大,約為0.86,比不摻雜樣品在相應(yīng)溫度下ZT值提高了60％,
　　BiCuSeO1-xSx(0≤x≤0.05)樣品的研究表明,S摻雜之后,S原子取代了BiCuSeO晶體結(jié)構(gòu)中的O原子,晶體結(jié)構(gòu)中Bi-O-Bi鍵的鍵角發(fā)生改變,晶體結(jié)構(gòu)得到改善,載流子的遷移率得到提高,導(dǎo)致電導(dǎo)率增加使功率因子提高。結(jié)合其低的熱導(dǎo)率值,摻雜之后材料