N型Bi-,2-Te-,3-—Bi-,2-Se-,3-溫差電材料的研究.pdf

1、碲化鉍基合金是目前室溫附近性能最佳的溫差電轉(zhuǎn)換材料,在微電子、計(jì)算機(jī)以及航天等諸多領(lǐng)域已廣泛用于局部致冷與低溫發(fā)電。碲化鉍的晶體結(jié)構(gòu)屬三方晶系,由于其各向異性,通常采用區(qū)熔法以獲得具有理想熱電性能的晶體材料。近年來,由于其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和應(yīng)用要求的提高,對溫差電材料的性能提出了更高的要求。本論文根據(jù)研究現(xiàn)狀所存在的問題,著重N型BiTe基溫差電材料進(jìn)行研究,主要開展了以下工作： 1、對N型BiTe基溫差電材料的組分進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)

2、化。材料的熱電性能依賴于其化學(xué)組成,本論文利用區(qū)熔法制備相應(yīng)的晶體材料,系統(tǒng)研究了固溶體組分和摻雜量對載流子和聲子傳導(dǎo)特性的影響,實(shí)現(xiàn)了化學(xué)組成的優(yōu)化。 N型材料的基體為Bi2Te3和Bi2Se3形成的固溶體合金,以TeI4為摻雜劑調(diào)節(jié)載流子濃度。隨著Bi2Se3含量增加,合金散射作用可顯著降低晶格熱導(dǎo)率,但載流子濃度的變化同時(shí)對電傳輸性能也有較大影響,體現(xiàn)為電導(dǎo)率增大而塞貝克系數(shù)的絕對值減小。TeI4對于基體材料相當(dāng)于施主摻雜

3、,電子濃度隨摻雜量增加而增大。根據(jù)整體熱電性能,確定93mol％Bi2Te3-7mol％Bi2Se3+0.08wt％TeI4為N型材料的最佳化學(xué)組成,最大性能優(yōu)值ZT約為0.98。 2、采用區(qū)域熔煉工藝制備N型BiTe基溫差電材料。優(yōu)化工藝條件,開展區(qū)熔溫度、區(qū)熔速度對材料性能的影響的研究工作,改善材料的熱電性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在確定區(qū)熔速率和熔區(qū)寬度的前提下適當(dāng)?shù)纳邊^(qū)熔溫度并使材料生長過程中存在一定的溫度梯度有益于提高材料的

4、溫差電性能。作者對區(qū)熔生長的N型Bi2Te3-Bi2Se3溫差電材料進(jìn)行了熱電性能均勻性測試。此外,還對顯微結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能進(jìn)行表征。測試結(jié)果表明,本試驗(yàn)制備的N型溫差電材料的熱電參數(shù)均勻,具有良好的力學(xué)性能。 3、將材料利用電火花線切割機(jī)進(jìn)行切割,使其滿足不同的測試要求。測試溫差電材料的熱電性能。此外,還對力學(xué)性能進(jìn)行表征。系統(tǒng)研究化學(xué)組成、工藝參數(shù)和顯微結(jié)構(gòu)(晶粒取向程度)對性能的影響,從而獲得同時(shí)具有良好熱電性能和力學(xué)性能的