Bi_2Te_3基热电材料的微观结构与电学性能

用粉末冶金工艺结合SPS烧结制备了n型Bi2(Te0.975Se0.025)3和p型(Bi0.2Sb0.8)2Te3多晶半导体合金,并通过XRD衍射分析和SEM观察等方法研究其在不同方向上的微观结构,测试了其热电性能。结果表明试样的电导率随烧结温度的增加而减小,试样内部的晶粒具有明显的取向,材料的电学性能也同样具有各向异性的性质。     

Ag_2Te掺杂对p型Bi_(0.5)Sb_(1.5)Te_3块状合金热电性能的影响

采用真空熔炼、机械球磨及放电等离子烧结技术(SPS)制备得到了(Ag2Te)x(Bi0.5Sb1.5Te3)1-x(x=0,0.025,0.05,0.1)系列样品,性能测试表明,Ag2Te的掺入可以显著改变材料的热电性能变化趋势,掺杂样品在温度为450~550K范围内具有较未掺杂样品更优的热电性能.适当量的Ag2Te掺入能够有效地提高材料的声子散射,降低材料的热导率.在测试温度范围内,(Ag2Te)0.05(Bi0.5Sb1.5Te3)0.95具有最低的晶格热导,室温至575K范围内保持在0.2~0.3W/(m·K)之间,在575K时,(Ag2Te)0.05(Bi0.5Sb1.5Te3)0.95试样具有最大热电优值ZT=0.84,相较于未掺杂样品提高了约20%.     

K、Al共掺杂Bi_2 Te_(2.7) Se_(0.3)热电材料的制备及性能研究

采用真空熔炼和热压烧结技术制备了K和Al共掺杂Bi2Te2.7Se0.3热电材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相结构和表面形貌进行了表征。XRD分析结果表明,K0.04Bi1.96-x Al x Te2.7Se0.3块体材料的XRD图谱与Bi2Te2.7Se0.3的XRD图谱对应一致,SEM形貌表明材料组织致密且有层状结构特征。K0.04Bi1.92-Al0.04Te2.7Se0.3合金提高了材料的Seebeck系数,K0.04Bi1.88Al0.08Te2.7Se0.3和K0.04Bi1.84Al0.12Te2.7Se0.3大幅度提高了材料的电导率,通过K和Al部分替代Bi,使材料的热导率有不同程度的减小,在300~500 K温度范围内,K和Al共掺杂均较大幅度地提高了Bi2Te2.7Se0.3的热电优值。     

机械球磨-热压法制备Bio.5Sb1.5Te3热电材料

用机械球磨-热压法制备了Bi0.5Sb1.5Te3热电材料,分别研究了机械球磨时间对合成Bi0.5Sb1.5Te3合金相的影响和烧结温度对其热电性能的影响.结果表明Bi、Sb、、Te原始混合粉末高能球磨10 h以后,就可以完全合金化,生成Bi0.5Sb1.5Te3相.球磨10h的粉末分别在400、450和520℃下热压烧结成型,烧结样品的密度随烧结温度的增大而增加,Seebeck系数和电阻率随烧结温度的升高而降低     

NaxCo2O4基复合材料的制备及其热电性能

采用固相反应法制备出NaxCo2O4(x=0.9,1.1,1.3)多晶氧化物,采用水热法制备出(Bi0.1Sb0.9)2Te3单相粉末材料,再用球磨法将二者均匀混合获得了复合材料(Bi0.1Sb0.9)2Te3/NaxCo2O4。在5～300K的温度范围内,利用综合物性测试系统(PPMS)对热压复合材料的热电性能进行测量与评价。实验结果表明复合材料的热导率显著降低,同时电导率增大,与NaxCo2O4相比,复合材料的热电性能获得了显著提高。在室温下,复合材料的热电优值ZT约为3.5×10-4。热电性能的改善源于复合材料界面的声子散射的增强。     

K、Al共掺杂Bi0.5Sb1.5Te3热电材料的制备及性能

采用真空熔炼及热压方法制备了K和Al共掺杂P型Bi0.5Sb1.5Te3热电材料。XRD分析结果表明,K0.04Bi0.5Sb1.5-x Alx Te3块体材料的XRD图谱与Bi0.5Sb1.5Te3的图谱完全对应,SEM形貌分析表明材料具有一定的层状结构和微孔。K和Al共掺杂提高了Bi0.5Sb1.5Te3在室温附近的Seebeck系数。除了K0.04Bi0.5Sb1.34Al0.12Te3样品的300K和400K以上的高温区,以及共掺杂样品的500K高温附近之外,K和Al共掺杂均使Bi0.5Sb1.5Te3材料的电导率降低。在300~500K温度范围内,K0.04Bi0.5Sb1.42Al0.04Te3样品的热导率均小于Bi0.5Sb1.5Te3的热导率。在300~350K温度范围内,K0.04Bi0.5Sb1.42Al0.04Te3样品的热电优值较Bi0.5Sb1.5Te3有较大幅度的提高。     

水热合成Sb_2Se_3纳米线及其对Bi_2Te_3纳米粉末热电性能的影响

以SbCl3和Se粉为原料,水合肼(N2H4·H2O)为还原剂,采用水热法在150℃下,分别保温不同的时间合成Sb2Se3纳米粉末.通过X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)以及高分辨透射电镜(HRTEM)等分析方法对产物的物相成分和微观形貌等进行了表征,实验结果表明保温时间达到24h时,获得产物为单相Sb2Se3纳米线晶体.根据实验结果还研究了水热合成Sb2Se3纳米线晶体可能的反应及生长机理,结果表明一维纳米线沿[001]方向生长,纳米线的形成与其独特的层状晶体结构有关.最后采用放电等离子体快速热压烧结法将水热合成的Bi2Te3纳米粉末与不同含量Sb2Se3纳米线进行复合,分析了Sb2Se3纳米线对Bi2Te3纳米材料热电性能的影响,发现复合约1at%Sb2Se3纳米线可以使Bi2Te3纳米材料热电性能有一定提高.     

Bi-Te基热电材料的研究进展

阐述了Bi2Te3热电材料的基本特性,评述了Se,TeL,SiC,RE(La,Ce等)的掺杂对BiTe材料热电性能的影响,以及国内外掺杂Bi-Te基热电材料的研究进展.介绍了Bi-Te基合金的制备技术的发展.最后指出通过材料的结构优化、组分调整及制备技术的改进,可以进一步提高材料的热电性能,得到理想的热电优值.     

快淬和球磨时间对p型(Bi_(0.25)Sb_(0.75))_2Te_3合金热电性能的影响

通过快淬-机械球磨-放电等离子烧结工艺制备了p型(Bi0.25Sb0.75)2Te3块体热电材料.在300~523K温度范围内对其电导率、Seebeck系数和热导率进行了测试,并系统研究了快淬后球磨时间对合金热电性能的影响.研究结果表明,随着球磨时间的延长,样品的电导率呈先降后升的趋势,Seebeck系数变化并不明显,而热导率随球磨时间的延长逐渐下降.球磨20h的样品在室温下具有最高的热电优值,最大值达到0.96,机械抗弯强度达到91MPa.     

Na、Ga共掺杂对n型Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)电热输运性能的影响

采用真空熔炼及热压烧结方法制备了Na和Ga共掺杂n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料。XRD结果表明,Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3块体材料的XRD图谱与Bi2Te2.7Se0.3的图谱对应一致。通过EDAX技术对Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3块体材料的成分进行了分析,无氧化现象。在298~523K温度范围内,在垂直于热压方向对样品的电热输运性能进行了测试分析,结果表明Na和Ga共掺杂可以有效地提高Bi2Te2.7Se0.3的载流子浓度,从而使电导率得到明显改善,但同时Seebeck系数有不同程度的损失。由于晶格热导率减小,Na掺杂及共掺杂样品Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3(x=0.04)均使热导率降低。当Na掺杂浓度为0.04时,随着Ga掺杂浓度的增加,热导率呈现递增的现象,Na和Ga共掺杂样品Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3(x=0.04)的热电优值获得了较明显的提高,在398K时的最大ZT值为0.75。     

Bi2Te3基热电薄膜材料的制备方法研究

Bi2Te3基热电材料由于在微电子、光电子等高技术领域具有潜在的应用前景,从而得到了人们的广泛关注.低维Bi2Te3基热电材料由于具有特殊的量子限制效应,已成为提高热电性能的有效途径.近年来,研究者非常重视Bi2Te3基热电薄膜的制备及性能研究,并做了大量相关的研究工作,许多制备方法也相继出现,并获得了高质量的Bi2Te3基热电薄膜.     

湿化学方法制备纳米Bi2Te3系热电材料的研究进展

热电材料因自身的优点而受到人们的广泛重视,但热电性能普遍不高成为制约其进一步应用的关键.随着热电理论和纳米技术的不断发展,纳米热电材料的研究成为近年来热电领域的一大热点.在分析介绍国内外湿化学方法制备纳米Bi2Te3系热电材料研究现状的基础上,指出了各种方法的优缺点,并展望了纳米热电材料的制备及其应用发展趋势.     

Bi2Te3基热电材料的研究现状及发展

热电材料是能将热能和电能直接相互转化的功能材料,它的出现为解决能源紧缺和环境污染提供了广阔的应用前景.从理论和实验两个方面对Bi2Te3基热电材料近年来国内外的研究现状及发展进行了简要介绍和评述,并指出了今后的发展方向.在理论上主要基于能带理论、半导体超晶格以及密度泛函理论去寻求影响该材料的相关因子,在实验上主要采用分子束外延、激光脉冲沉积、合金化和水热合成法等方法制备该热电材料.     

电化学制备Bi2Te3纳米线用于微型温差发电器

借助于电化学沉积的方法，在氧化铝纳米孔内生长Bi2Te3材料，从而形成温差电纳米线阵列．利用SEM,XRD and TEM分析手段对制备的纳米线形貌和结构进行了分析，测量了纳米线的组成和温差电性能．p型和n型Bi2Te3纳米线材料的Seebeck系数经过测量分别为260μV／K和-188μV／K（307K），比同类的块状温差电材料性能高．同时研究了沉积电位对氧化铝模板中纳米孔的填充率的影响，并对纳米线阵列的电阻进行了测量．尝试了利用n型和P型Bi2Te3纳米线阵列制备一种新型的微型温差发电器．     

制备条件对Bi2Te3和Bi0.5Sb1.5Te3材料热电性能的影响

采用水热法制备Bi2Te3/Sb2Te3纳米粉体并热压制备块体热电材料.用X射线衍射分析产物的相结构和成分,扫描显微镜与透射电镜观察产物的形貌.测量试样从室温到700K的塞贝克系数与电导率.实验结果表明,使用水热法制备了Bi2Te3与Sb2Te3纳米粉体,经热压后部分氧化.热压温度对于块体试样热电性能影响显著.     

超声波-水热法合成Bi2Te3纳米管

以水为反应介质，NaBH4为还原剂，合成了BizTe3纳米管及纳米微粒。溶液首先在超声波发生器中预处理1h，然后置于150℃，水热反应釜中继续反应48h。XRD分析表明：合成产物主要物相为Bi2Te3；SEM观察可见产物中有纳米管生成，纳米管直径约为50-100nm，管壁厚约8-10nm，长度在500nm以上。EDS分析表明：纳米管成份为Bi2Te3。Bi2Te3纳米管可能的生长机制为纳米薄片-卷曲-闭合-纳米管。     

水热合成Bi-Te-Se合金及其热电性能

用水热法在473K下反应24h,制备了Bi-Te-Se三元合金.其粉末产物由结构相同成份接近的两相Bi-Te-Se合金组成.粉末在523K,50MPa压力下热压成的块材也是两相结构.粉末和块体材料的微观形貌均由层片状颗粒组成,层片厚度为100nm左右.通过改变Te的相对含量,可以调节施主掺杂浓度.材料具有很低的热导率,在349K时试样Bi2Te2.85Se0.45具有晶格热导率最低值为0.33W/m·K.此时,它也具有最高的ZT值为0.60.     

二次电化学沉积法制备聚苯胺-碲化铋复合纳米棒

采用二次电化学沉积法制备了聚苯胺-碲化铋复合纳米棒．首先在多孔氧化铝模板上电化学沉积聚苯胺纳米管，以导电聚苯胺纳米管作为二级模板，继续电化学沉积碲化铋，获得聚苯胺包裹碲化铋纳米棒．EPMA分析了碲化铋的化学成分，SEM、TEM图像表明直径约100nm的碲化铋棒被厚约50nm的聚苯胺包裹，XRD图谱表明碲化铋在纳米棒垂直方向存在明显的{110}的织构．二次电化学沉积法为制备该类特殊有机-无机杂化结构材料提供了新方法．     

溶剂和修饰剂对化学法合成Bi-Sb-Te纳米晶尺寸和形貌的影响

采用简单的水热/溶荆热法合成了纳米结构的Bi0.5Sb1.5Te3晶粒,通过改变溶剂种类和表面修饰剂的添加量可以实现对Bi0.5Sb1.5Te3纳米晶体的尺寸和形貌的控制.当表面修饰剂的浓度较小时,合成的Bi0.5-Sb1.5Te3晶粒只有数十纳米,有望为高性能的纳米结构块体热电材料提供原始粉末.产物的颗粒尺寸减小和片状形貌的获得,可能是生成物的合成速率减缓和表面修饰剂选择性吸附所致.     

Bismuth telluride nanostructures: preparation,thermoelectric properties and topological insulating effect

Bismuth telluride is known to wield unique properties for a wide range of device applications. However, as devices migrate to the nanometer scale, significant amount of studies are being conducted to keep up with the rapidly growing nanotechnological field. Bi₂Te₃ possesses distinctive properties at the nanometer level from its bulk material. Therefore, varying synthesis and characterization techniques are being employed for the realization of various Bi₂Te₃ nanostructures in the past years. A considerable number of these works have aimed at improving the thermoelectric (TE) figure-of-merit (ZT) of the Bi₂Te₃ nanostructures and drawing from their topological insulating properties. This paper reviews the various Bi₂Te₃ and Bi₂Te₃-based nanostructures realized via theoretical and experimental procedures. The study probes the preparation techniques, TE properties and the topological insulating effects of 0D, 1D, 2D and Bi₂Te₃ nanocomposites. With several applications as a topological insulator (TI), the topological insulating effect of the Bi₂Te₃ is reviewed in detail with the time reversal symmetry (TRS) and surface state spins which characterize TIs. Schematics and preparation methods for the various nanostructural dimensions are accordingly categorized.