不同形貌鉛銻硫族化合物納米材料的可控制備及電學(xué)性能.pdf

1、熱電材料是一種可以實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的特殊功能材料。由該類材料制備的熱電器件可有效回收利用化石能源燃燒過程中產(chǎn)生的廢熱,因而可有效緩解當(dāng)前全球能源危機和環(huán)境污染。但由于現(xiàn)有熱電材料的能量轉(zhuǎn)換效率較低,離實際應(yīng)用尚有較大的差距。因此,提高材料的熱電轉(zhuǎn)換效率是當(dāng)前熱電材料研究的重點。研究表明,低維化可顯著提高材料的熱電優(yōu)值,而低維化的鉛、銻硫族化物熱電材料正是由于具有較高的熱電性能成為該領(lǐng)域的研究熱點。故此,本論文選擇鉛、銻硫族化物

2、作為研究對象,旨在通過簡單溶劑熱法制備具有不同納米結(jié)構(gòu)的鉛、銻硫族化物熱電材料,通過X射線衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡以及電學(xué)性能測試系統(tǒng)對其形成機制及電學(xué)性能進行系統(tǒng)研究。
　　在無模板劑和表面活性劑條件下制備了PbS納米棒,考察了其生長機制。研究發(fā)現(xiàn),納米棒是由小納米立方通過取向連接而成。并以此為基礎(chǔ),采用二次水熱法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的PbS/PbTe納米棒。采用熱電綜合測試系統(tǒng)對所制備的樣品進行了電學(xué)性能測試。結(jié)果表

3、明:核殼結(jié)構(gòu)PbS/PbTe納米棒的功率因子高于純相 PbS;且發(fā)現(xiàn) PbS/PbTe納米棒的熱電性能可通過改變 PbS/Te比進行可控調(diào)節(jié)。
　　以硫代乙醇酸為表面活性劑和硫源制備了具有兩相納米結(jié)構(gòu)的 PbS/PbSe空心球,研究了不同反應(yīng)因素對形貌的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在硫代乙醇酸的輔助下,PbS和PbSe納米粒子會相互聚集形成PbS/PbSe空心球,表現(xiàn)出典型的自組裝機制伴隨奧斯特瓦爾德熟化機制。電學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn),PbS/PbS

4、e空心球的電導(dǎo)率和 Seebeck系數(shù)在整個測試溫度范圍內(nèi)(300-600K)均高于 PbSe納米粒子,并在500K時其功率因子達到最大值205.4μW/(K2·m),相當(dāng)于純相PbSe納米粒子的兩倍。
　　以葡萄糖為表面活性劑制備了花狀形貌 PbTe晶體,研究了不同反應(yīng)因素對產(chǎn)物形貌的影響。發(fā)現(xiàn)花狀 PbTe晶體的形成機制為奧斯特瓦爾德熟化伴隨異向生長機制。并在此基礎(chǔ)上,以亞硒酸鈉替代部分亞碲酸鈉,采用相同方法制備了花狀 PbS

5、e/PbTe納米晶。研究發(fā)現(xiàn)組成花狀形貌的納米片是由尺寸小于30nm的PbSe和PbTe納米晶組成,同時Se和Te之間能夠發(fā)生取代反應(yīng)。對樣品進行電學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn),PbSe/PbTe納米晶的電導(dǎo)率在常溫時高達40S/m,與100nm PbTe納米粒子和6nm PbTe薄膜相比,其電導(dǎo)率提高了1個和3個數(shù)量級。
　　以葡萄糖(檸檬酸)為表面活性劑制備了分級結(jié)構(gòu)Sb2Se3和Sb2Te3晶體。研究發(fā)現(xiàn),葡萄糖和檸檬酸在Sb2Se3和S

6、b2Te3的形成過程中起到了至關(guān)重要的作用。在反應(yīng)體系中,葡萄糖和檸檬酸作為表面活性劑吸附在Sb2Se3和Sb2Te3的晶核上,且在葡萄糖和檸檬酸中氫鍵以及靜電的相互作用下納米粒子發(fā)生相互聚集;同時表面活性劑分子能夠吸附在某些晶面上限制了晶面的生長,從而形成具有分級結(jié)構(gòu)的Sb2Se3和Sb2Te3晶體。電學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn),Sb2Se3樣品的Seebeck系數(shù)和形貌有關(guān),蠕蟲狀形貌的Sb2Se3樣品Seebeck系數(shù)最高,在350K時可達1