Mg含量对Mg3(1+z)Sb2化合物热电传输性能的影响

Mg₃Sb₂化合物具有良好的热电性能和成本优势, 受到研究者的广泛关注。由于Mg元素具有很高的饱和蒸汽压和化学反应活性, 因此Mg₃Sb₂在合成过程中含量难以精确控制。本研究利用固相反应/球磨结合放电等离子体烧结制备了不同Mg含量的Mg_3(1+z)Sb₂(z=0, 0.02, 0.04, 0.06和0.08)样品, 通过物相结构分析和热电性能测试, 研究了Mg含量对Mg₃Sb₂化合物热电性能的影响规律。结果表明, 随着名义Mg含量的增加, 实际Mg含量在Mg₃Sb₂化合物中由缺失状态转变为过量状态, Mg_3(1+z)Sb₂(z=0, 0.02, 0.04)样品存在Mg空位(${{\text{{V}'}}_{\text{Mg}}}$), 表现为p型传导; 而Mg_3(1+z)Sb₂ (z=0.06, 0.08)样品中存在间隙Mg($\text{Mg}_{\text{i}}^{\centerdot \centerdot }$), 表现为n型传导。Mg_3(1+0.04)Sb₂样品在较宽温区(室温至770 K)内保持最高的热电优值, 该样品最接近本征p型Mg₃Sb₂化合物的组成和热电性能。本研究表明, Mg含量对Mg_3(1+z)Sb₂化合物载流子类型和浓度以及迁移率具有一定的调控作用。     

快速凝固β-FeSi2半导体的热电性能

研究了由快速凝固粉烧结制备的p型Fe0.925Mn0.075Si2-0.17%（质量分数）Cu样品的热电性能随温度的变化。X射线衍射分析表明,快速凝固粉由α相和ε相组成。烧结样品800℃退火21h后,完全转变为β半导体相,烧结时间对β－Fe-Si2合金的热电性能有较大的影响,烧结时间超长,Seebeck系数和电阻率越小。     

In2O3/InNbO4复合材料的热电性能研究

In₂O₃作为一种良好的光电和气敏材料, 因高温下具有优异的热电性能在热电领域也获得广泛关注。本研究通过固相反应法结合放电等离子烧结(SPS)成功将原位自生的InNbO₄第二相引入到In₂O₃基体中, 优化了块体样品的制备工艺。同时, InNbO₄改善了样品的电输运性能, 使载流子浓度明显提高, 在1023 K时电导率最高可达1548 S·cm^-1, 高于大多数元素掺杂的样品。其中, 0.998In₂O₃/0.002InNbO₄样品的热电性能测试表明, 在1023 K时, 其功率因子可达到0.67 mW·m^-1·K^-2, 热电优值(ZT)达到最高值0.187。综上所述, 通过在In₂O₃中原位复合InNbO₄第二相可以很好地改善In₂O₃基热电陶瓷的电性能, 进而调控其高温热电性能。     

快速凝固法制备（Ge1-ySnyTe）x（AgSbTe2）100-x化合物热电材料的电学性能

利用快速凝固方法制备了（GeTe）x（AgSbTe2）100-x（x=80，85，90）和（Ge1-ySnyTe）85（AgSbTe2）15（y=0.05，0．1，0．2，0．4）系列TAGS热电化合物。所得材料晶体结构属于菱形晶系，晶格常数随X的增加而减小，随Y的增加而增加。（GeTe）85（AgSbTe2）15样品有很好的电学性能，637K时功率因子可达3.40×10^-3W／m．K^2，在中温区（370-670K）功率因子最低值＞2．6×10^-3w／m．K^2。掺杂Sn提高了TAGS-85的电导率，但是Seebeck系数大幅下降导致了样品电功率因子下降。     

n-型梯度结构热电材料FeSi2/Bi2Te3的制备与性能研究*

采用热浸焊法用纯Sn作为过渡层制备了n－型FeSi2/Bi2Te3梯度结构热电材料并对其热电性能进行了测试。发现当冷热端温度在510℃以下时,梯度结构热电材料的表观See-beck系数随平均温度几乎呈线性分布在同一条带形区域内,并在相同的温度范围内,其值显著高于单种均质材料（Bi2Te3和β-FeSi2)。梯度结构热电材料的最大输出功率较单种材料高2－2．5倍以上,且当材料经190℃100h与200h的真空退火后,输出功率几乎不变。金相分析表明,在Sn层与两半导体界面处,没有明显的Sn扩散迹象,说明在所试验的条件下,用Sn作为过渡层热稳定性较好。     

(GeTe)nBi2Te3的结构与热电性能研究

在GeTe-Bi₂Te₃赝二元系统中, (GeTe)_n(Bi₂Te₃)_m化合物往往具有较低的晶格热导率, 但其中很多组分的热电性能尚未得到系统研究。本研究通过熔融、淬火、退火结合放电等离子烧结工艺制备了一系列(GeTe)_nBi₂Te₃(n=10, 11, 12, 13, 14)单相多晶样品, 并对其相组成和热电性能进行表征和研究。掺杂Bi₂Te₃可以显著增强点缺陷声子散射, 大幅度降低材料的晶格热导率, 在723 K时, (GeTe)₁₃Bi₂Te₃样品的总热导率低至1.63 W?m ^-1?K ^-1。此外, 掺杂Bi₂Te₃和调控GeTe的相对含量, 提高了材料的载流子有效质量, 即使在较高的载流子浓度下, 样品依然保持较高的塞贝克系数和功率因子, 在723 K, (GeTe)₁₃Bi₂Te₃样品获得最大的功率因子为2.88×10 ^-3 W?m ^-1?K ^-2, 最终(GeTe)₁₃Bi₂Te₃样品在723 K获得的最大ZT值达到1.27, 较未掺杂的GeTe样品提高了16%。     

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.     

溅射沉积富镁Mg3Bi2薄膜的热电性能

采用Mg-Bi化合物靶和金属Mg靶用磁控溅射技术制备富Mg的Mg₃Bi₂薄膜并表征其相组成、表面和截面形貌,研究了薄膜的热电性能。结果表明,这种富Mg薄膜由Mg₃Bi₂相和金属Mg相组成且Mg₃Bi₂结构中有Mg空位,具有p型导电特征,Seebeck系数为正值。随着温度的提高,富Mg薄膜的电阻率先略微提高而后显著降低;随着Mg含量的提高富Mg薄膜的电阻率逐渐提高,但是Mg含量达到一定数值后电阻率又急剧下降。Mg含量较低时Seebeck系数随着温度的提高开始时略下降随后很快增大,达到最大值后又很快降低;Mg含量较高时随着温度的提高Seebeck系数开始时略增大,随后缓慢下降。除了Mg含量较低的样品,在温度相同的条件下随着Mg含量的提高薄膜的Seebeck系数值增大,但是Mg含量过高时Seebeck系数值迅速降低,达到普通金属材料Seebeck系数的数量级。这种富Mg薄膜的功率因子,受Seebeck系数和电阻率制约。     

Bi／Bi2O3晶格复合热电薄膜的制备及其性能研究

利用射频磁控溅射法在玻璃基片上制备Bi／Bi2O3晶格复合热电薄膜,考察了溅射功率对单层Bi薄膜表面粗糙度和热电性能的影响,结果表明,当溅射功率为22W时,薄膜具有最小的表面粗糙度16.3nm,电导率和功率因子分别为2．9×10^4S／m和5．74μV／k^2m,单层Bi薄膜最佳的工作温度为85～105℃。Bi／Bi2O3晶格复合热电薄膜最佳的溅射层数为5层,其电导率和功率因子分别为9．0×10^4S／m和21．0μN／k^2m,分别比单层Bi薄膜提高了2．1倍和2．65倍。     

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.     

基于分步式双重调控n型(PbTe)1-x-y(PbS)x(Sb2Se3)y体系的热电传输特性

PbTe在中温区热电材料中广受关注, 然而, n型PbTe因其较低的载流子浓度和复杂的能带结构, 其热电性能难以大幅提升。本研究通过分步式添加PbS、Sb₂Se₃组元以调控n型PbTe基体的热、电传输性能。研究发现, PbS与Sb₂Se₃组元可分别提升功率因子和降低热导率。通过扩大带隙、增加点缺陷、第二相弥散等途径可改善能带, 加剧散射, 从而有效提升热电优值ZT。其中(PbTe)_0.94(PbS)_0.05(Sb₂Se₃)_0.01表现出最佳的热电性能, 700 K时ZT最大值为1.7, 且ZT平均值较PbTe基体显著提高, 这表明分步式双组元调控可为改善其它材料体系的热电性能提供技术途径。     

热塑形方法制备N型Bi2Te3材料

本文介绍了采用热塑形方法制备N型Bi2Te3温差电材料.并且给出了所获得样品的密度、抗弯强度、SEM以及温差电性能(包括电导率和塞贝克系数)的测试结果.实验结果表明,在最佳的热塑形工艺下制备的样品的功率因子与区熔材料相当,但其机械强度要明显优于区熔材料.热压塑形样品在垂直于塑形压力的方向上具有良好的取向,并且样品在此方向上的功率因子远远大于其在平行压力方向上的功率因子值.     

Weak antilocalization in Bi2(Se(x)Te(1-x))3 nanoribbons and nanoplates

Studying the surface states of Bi(2)Se(3) and Bi(2)Te(3) topological insulators has proven challenging due to the high bulk carrier density that masks the surface states. Ternary compound Bi(2)(Se(x)Te(1-x))(3) may present a solution to the current materials challenge by lowering the bulk carrier mobility significantly. Here, we synthesized Bi(2)(Se(x)Te(1-x))(3) nanoribbons and nanoplates via vapor-liquid-solid and vapor-solid growth methods where the atomic ratio x was controlled by the molecular ratio of Bi(2)Se(3) to Bi(2)Te(3) in the source mixture and ranged between 0 and 1. For the whole range of x, the ternary nanostructures are single crystalline without phase segregation, and their carrier densities decrease with x. However, the lowest electron density is still high (~10(19) cm(-3)) and the mobility low, suggesting that the majority of these carriers may come from impurity states. Despite the high carrier density, weak antilocalization (WAL) is clearly observed. Angle-dependent magnetoconductance study shows that an appropriate magnetic field range is critical to capture a true, two-dimensional (2D) WAL effect, and a fit to the 2D localization theory gives α of -0.97, suggesting its origin may be the topological surface states. The power law dependence of the dephasing length on temperature is ~T(-0.49) within the appropriate field range (~0.3 T), again reflecting the 2D nature of the WAL. Careful analysis on WAL shows how the surface states and the bulk/impurity states may interact with each other.     

High-temperature Thermoelectric Properties of Cu-substituted Bi_2Ba_2Co_(2-x)Cu_xO_y Oxides

Cu-substituted Bi2Ba2Co2-xCuxOy(0.0≤x≤0.4) samples were prepared by conventional solid-state reaction method and the effect of Cu substitution on the microstructure and thermoelectric properties were investigated.The partial substitution of Cu for Co in Bi2Ba2Co2-xCuxOy led to an increase in the electrical conductivity because of an increase in the hole concentration and grain size of sintered bodies.In addition,Cu substitution led to an increase in Seebeck coefficients while kept the thermal conductivity unchanged.The highest thermoelectric figure of merit(ZT value) was obtained in x=0.4 sample and the value was 1.5 times as large as that of Cu-free sample at 873 K.     

熔炼-退火法制备La_(0.3)Co_(4-x)Ni_xSb_(12)材料及其热电性能

采用熔炼-退火方法制备了La、Ni共掺方钴矿热电材料La0.3Co4-xNixSb12(x=0,0.1,0.5,0.75,1)。研究发现,x≥0.75时,出现NiSb2杂相,这说明当La的填充量为0.3时,Ni的固溶度在0.5到0.75之间。经电学性能测试发现,La0.3Co4-xNixSb12呈n型。随着x值的增大,Seebeck系数绝对值总体呈下降趋势,而电导率和热导率则随着Ni的掺杂量的增加而增加。La0.3Co3.9Ni0.1Sb12功率因子和ZT值分别达到最佳:功率因子σ.α2max=3.97×10-3Wm-1K-2(520K),ZTmax=0.64(773K)。     

水热合成BiCl3/Bi2S3复合材料的热电性能

采用水热合成法制备了由纳米棒组成的微米级球形Bi₂S₃颗粒, 然后通过放电等离子烧结技术(SPS)将不同摩尔比例的BiCl₃/Bi₂S₃复合粉末制备成块体。加入适量的BiCl₃不仅提高了Bi₂S₃样品的导电率, 而且降低了其热导率。Bi₂S₃复合0.5mol%BiCl₃的样品在762 K电导率最大, 达到45.1 S·cm^-1, 远高于此温度下纯Bi₂S₃样品的电导率(12.9 S·cm^-1)。Bi₂S₃复合0.25mol% BiCl₃的样品在762 K时热导率最低, 为0.31 W·m^-1·K^-1, 低于同一温度下纯Bi₂S₃的0.47 W·m^-1·K^-1。在762 K下, Bi₂S₃复合0.25mol% BiCl₃的样品获得最大ZT值(0.63), 比纯Bi₂S₃样品(0.22)提高了大约2倍。     

新型半导体材料BaSi2的结构及其热电性能的研究

正交相的BaSi2是一种新型半导体材料,具有较小的热传导系数、较大的光学吸收系数和适合的带隙值,是一种潜在的热电材料和理想太阳能电池材料,有着广阔的应用前号。文章介绍了正交相BaSi2晶体结构、电学特性,综述了近年来对其热电性质的研究状况,并就当前BaSi2究中存在的问题和研究动向做了简要讨论。