水熱合成及微波燒結(jié)技術(shù)制備PbS基熱電材料及其性能研究.pdf

1、熱電材料作為熱能與電能直接轉(zhuǎn)換的媒介，在當(dāng)前能源危機(jī)、自然環(huán)境惡化的情勢下受到廣泛關(guān)注，如何以簡便、低成本的方式制備出高轉(zhuǎn)換效率的熱電材料成為研究的重點。在我國存在大量的汽車尾氣廢熱及工業(yè)廢熱的排放，若能有效回收利用，可極大程度緩解我國的資源與環(huán)境危機(jī)。
　　目前，有應(yīng)用價值的中溫區(qū)熱電材料以PbTe基材料為主，但Te元素含量稀少，價格昂貴，限制了其商業(yè)化應(yīng)用。PbS與PbTe具有同晶體結(jié)構(gòu)與類似的能帶結(jié)構(gòu)，且S地殼含量豐富，故P

2、bS有望替代PbTe而被廣泛應(yīng)用，目前PbS存在電導(dǎo)率低、晶格熱導(dǎo)率高等缺陷，ZT值還相對較低，并且PbS的制備以單質(zhì)（Pb與S）熔煉結(jié)合放電等離子體燒結(jié)(SPS)為主，易造成環(huán)境污染且工藝苛刻，針對這些問題，本文做了如下研究:
　　(1)以可溶性鹽為原料，通過水熱合成快捷簡便地制備了粒度均勻的立方相PbS基粉末，結(jié)合微波燒結(jié)技術(shù)成功制備出晶粒尺寸800nm左右，致密度接近90％的PbS基熱電材料。未采用易引起環(huán)境污染的Pb單質(zhì)，

3、以及將微波燒結(jié)引入熱電材料制備是本文的創(chuàng)新之處。
　　(2)制備了Pb位Bi3+摻雜n型Pb1-xBixS(x=0，0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.5)系列材料，研究結(jié)果表明，Bi3+摻雜并未產(chǎn)生第二相，摻雜后電導(dǎo)率有明顯提升，組成為Pb0.995Bi0.05S的樣品室溫電導(dǎo)率為640S cm-1，相比未摻雜樣品提高了20倍，功率因子(PF)在630K時取得最大值8.77μW cm-1 K-2，800K時熱導(dǎo)率最

4、小，為0.7W m-1K-1，最終Pb0.995Bi0.005S樣品在800K時獲得最大ZT值0.86，相比未摻雜的PbS樣品提高了5倍。
　　(3)制備了S位Cl-摻雜n型PbS1-xClx(x=0，0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.5)系列材料，發(fā)現(xiàn)Cl-摻雜PbS基熱電材料同樣為單相，摻雜后電導(dǎo)率亦有很大提升，PbS0.98Cl0.02組成的樣品室溫電導(dǎo)率最高，為447S cm-1，比未摻雜PbS樣品提高了1