利用真空变温薄膜电阻实验仪测量热电材料特性参数

利用北京交通大学理学院自主开发的VTR10型真空变温薄膜电阻实验仪对热电材料的热电阻率进行了多次测量,并用该装置精确测定了热电材料的塞贝克系数,得到了热电材料的电阻率随温度变化的曲线和塞贝克系数随温度变化的曲线.     

一种测量热电材料塞贝克系数的新方法

本文提出了一种新颖、可靠的测量微纳米尺度热电转换材料塞贝克系数的2ω自加热法.给被测样品通一频率为ω的交变电流,焦耳效应会在样品上产生一个频率为2ω的温度振荡.对于热电材料,由于塞贝克效应,将会产生频率为2ω的塞贝克电压.获取2ω电压信号,同时理论求解得到2ω的温度振荡量,将可得到被测热电材料的塞贝克系数.通过直径为2...     

TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响

采用区熔法结合放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了n型Bi2Te3基热电材料.在300-500K的温度范围内测量了各热电性能参数,包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ),研究了掺杂剂TeI4的含量(质量百分比分别为0,0.05,0.08,0.10,0.13和0.15wt%)对热电性能的影响.结果表明:试样的载流子浓度(n)随TeI4含量增加而增大,使电导率增大、塞贝克系数的绝对值先增大而后减小,从而导致品质因子(α2σ)呈先增加后降低的变化趋势;同时,由于异质离子(I-)以及载流子对声子的散射作用增强,可显著降低其晶格热导率.烧结材料的性能优值(ZT=α2σT/κ)对应于TeI4含量为0.08wt%有其最大值,约为0.92.此外,烧结材料的抗弯强度增加至80MPa左右,从而可以显著改善材料的可加工性以及元器件的使用可靠性.     

Ag-ZnO纳米复合热电材料的制备及其性能研究

ZnO是一类具有潜力的热电材料, 但其较大声子热导率影响了热电性能的进一步提高. 纳米复合是降低热导率的有效途径. 本文以醋酸盐为前驱体, 溶胶-凝胶法制备了Ag-ZnO纳米复合热电材料. 扫描电镜照片显示ZnO颗粒呈现多孔结构, Ag纳米颗粒分布于ZnO的晶粒之间. Ag-ZnO纳米复合材料的电导率比未复合ZnO材料高出100倍以上, 而热导率是未复合ZnO材料的1/2. 同时, 随着Ag添加量的增加, 赛贝克系数的绝对值逐渐减小. 综合以上原因, 添加7.5%mol Ag的Ag-ZnO纳米复合材料在700 K时的热电优值达到0.062, 是未复合ZnO材料的约25倍. 在ZnO基体中添加导电金属颗粒有利于产生导电逾渗通道, 提高材料体系的电导率, 但同时导致赛贝克系数的绝对值减小. 总热导率的差异来源于声子热导率的差异. 位于ZnO晶界的纳米Ag颗粒, 有利于降低声子热导率. 关键词： 热电材料 ZnO 纳米复合 热导率     

用四探针平台测量热电材料塞贝克系数的实验探索

热电材料能实现电能和热能之间的相互转化,具有清洁无污染等特点,在未来能源中具有越来越重要的地位。塞贝克系数是指热电材料上存在温度差异时引起的电势差与温差的比值,是热电材料热电特性衡量的主要参数之一。本文使用四探针平台配合珀尔贴片、热像仪、数字电压表等设备搭建了塞贝克系数的测量装置。此装置不仅结构简单,测量较为准确,并可以配合精密恒流源与直流数字电压表直接测出热电材料的电导率。为本科生设计大学物理实验项目时,可以应用本文提供的测试方法结合薄膜制备手段组成热电薄膜制备与表征的一系列实验。     

Sr2RuO4的热电势

Sr2RuO4是第一个无CuO面的层状强关联氧化物超导体.测量了9至260K温度范围内Sr2RuO4的热电势,观测到在此温度范围内其热电势为正值.用两种载流子模型对实验数据进行了拟合,并且与Hall系数的实验结果进行了比较,发现低温下两种载流子对热电势和Hall系数的贡献比较类似,但在高温区空穴对热电势的贡献很大而相应地对Hall系数的贡献不占主要地位. 关键词： Sr2RuO4 热电势     

金属有机物化学气相沉积生长GaN薄膜的室温热电特性研究

采用金属有机物化学气相沉积技术生长了不同掺杂浓度的GaN薄膜, 并且通过霍尔效应测试和塞贝克效应测试, 表征了室温下GaN薄膜的载流子浓度、迁移率和塞贝克系数. 在实验测试的基础上, 计算了GaN薄膜的热电功率因子, 并且结合理论热导率确定了室温条件下GaN薄膜的热电优值(ZT). 研究结果表明: GaN薄膜的迁移率随着载流子浓度的增加而减小, 电导率随着载流子浓度的增加而增加; GaN 薄膜材料的塞贝克系数随载流子浓度的增加而降低, 其数量级在100–500 μV/K范围内; GaN薄膜材料在载流子浓度为1.60×10¹⁸ cm^-3时, 热电功率因子出现极大值4.72×10^-4 W/mK²; 由于Si杂质浓度的增加, 增强了GaN薄膜中的声子散射, 使得GaN薄膜的热导率随着载流子浓度的增加而降低. GaN薄膜的载流子浓度为1.60×10¹⁸ cm^-3时, 室温ZT达到极大值0.0025.     

D相AlCuCo准晶各向异性热电势的测量

采用激光交流加热的方法测量了D相AlCuCo准晶周期与准周期两个方向的热电势,温度测量区间为300—1200 K.通过测量发现沿周期方向的热电势符号为负,沿准周期方向的热电势符号为正;沿周期方向在1123 K（850 ℃）热电势有一个跳变;在高温区,热电势并不是单调变化的;实验所用方法能比较灵敏地测量材料相变时的温度点. 关键词： AlCuCo准晶 高温 热电势 交流测量法     

Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管制备及存储特性

在溶胶-凝胶工艺获得高质量Bi4Ti3O12薄膜的基础上,制备了Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管. 研究了Si基Bi4Ti3O12薄膜的生长特性及其对铁电薄膜/硅的界面状态和铁电场效应晶体管存储特性的影响. 研究表明,在合理的工艺条件下可以获得具有较高c-轴择优取向的纯钙钛矿相Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜并有利于改善Bi4Ti3O12/Si之间的界面特性; 顺时针回滞的C-V特性曲线和C-T曲线表明Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管具有极化存储效应和一定的极化电荷保持能力; 器件的转移(Isd-VG)特性曲线显示Ag/Bi4Ti3O12栅n沟道铁电场效应晶体管具有明显的栅极化调制效应.     

液态InSb电阻率和热电势与温度的关系

利用直流四电极法和微差法分别测量了液态InSb的电阻率和热电势与温度的关系,得到了高精度的数据.发现液态InSb的电阻率温度系数在熔点附近随温度升高而增大;在高于617℃的高温区,该液体的电阻率与温度呈较好的线性关系.热电势温度系数在617℃左右也同样存在较明显的变化.结合其他物理性质随温度的变化规律及接近熔点温度的结构特点,可以认为液态InSb在熔点以上存在结构变化. 关键词： 电阻率 热电势 液态InSb 结构转变     

TeI4掺杂量对n型Bi2Te3基烧结材料热电性能的影响

采用区熔法结合放电等离子体快速烧结(SPS)技术制备了n型Bi₂Te₃基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了掺杂剂TeI₄的含量(质量百分比分别为0，0.05，0.08，0.10，0.13和0.15wt%)对热电性能的影响.结果表明：试样的载流子浓度(n)随TeI₄含量增加而增大，使电导率增大、塞贝克系数的绝对值先增大而后减小，从而导致品质因子(α²σ)呈先增加后降低的变化趋势；同时，由于异质离子(I^-)以及载流子对声子的散射作用增强，可显著降低其晶格热导率.烧结材料的性能优值(ZT=α²σT/κ)对应于TeI₄含量为0.08wt%有其最大值，约为0.92.此外，烧结材料的抗弯强度增加至80MPa左右，从而可以显著改善材料的可加工性以及元器件的使用可靠性. 关键词： 2Te₃')" href="#">Bi₂Te₃ 放电等离子体快速烧结 热电性能     

制备工艺对p型碲化铋基合金热电性能的影响

利用区熔法、机械合金化、放电等离子烧结(SPS)技术、热压法等多种工艺制备了p型碲化铋基热电材料.在300—500K的温度范围内测量了各热电性能参数，包括电导率(σ)、塞贝克系数(α)和热导率(κ)，研究了制备工艺对热电性能的影响.结果表明，所制备的块体材料与同组成区熔晶体相比，性能优值ZT均有不同程度的提高.其中，利用区熔法结合SPS技术可获得热电性能最佳的块体材料，其ZT值达1.15. 关键词： 碲化铋 放电等离子烧结 区熔法 热电性能     

LixNayCoO2的制备和热电性质

用固相反应方法,成功地合成了具有交互生长结构的LixNayCoO2单相多晶系列样品.热电势测量表明,该系统的室温热电势比NaXCoO2体系约高出60 μV/K.基于空穴载流子具有O2p特征,提出LixNayCoO2中额外的热电势来源于氧空穴的占位熵.     

氧化物超导体的热电势率

测量了 YBa_2Cu_3O_(7-x),Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_(10)和 Bi_(1.5) Pb_(0.5),Ca_2Sr-2Cu_3Oy 等氧化物超导体的热电势率与温度的关系,发现在超导转变前,都有一明显的峰.在温度较高时,热电势率与温度的关系可用 S=AT+B/T 表示,因而,在这些高温超导体中声子曳引热电势不能忽略,存在电-声子相互作用,我们还由热电势数据估计了上述三种氧化物超导体的费米能,它们分别为1.05eV、2.98eV 和3.24eV.     

TlBaCaCuO超导体的热电势率

测量了零电阻温度为114K 的 TlBaCaCuO 超导体的热电势率,结果表明,在150K 以上热电势率与温度的关系可用 S=AT+B/T 表示,说明在这类高温超导体中声子曳引热电势即使在高温区也不能忽略,存在电-声子相互作用.     

(Bi1-x Agx)2(Te1-ySey)3粉体的机械合金化制备及其放电等离子烧结体的热电输运特性

采用机械合金化制备了n型(Bi1-x Agx)2(Te1-y Sey)3合金粉体,对其进行XRD分析表明Bi,Te,Ag,Se单质粉末,经2 h球磨后实现了合金化;SEM分析表明随着机械合金化时间延长粉体颗粒变得均匀、细小,颗粒尺寸在微米至哑微米数量级.采用放电等离子烧结制备了块体样品,研究了合金成分和球磨时间对热电件能的影响.结果表明材料的热电性能与掺杂元素有密切关系.Ag有利于提高功率因子和降低晶格热导率,球磨10 h的(Bi0.99Ag0.01)2(Te0.96Se0.04)3合金粉末的烧结块体具有最大的功率因子和最低的晶格热导率,并在323 K取得最高ZT值0.52.     

电极材料及偏压极性对氧化物介质击穿行为的影响及机制

忆阻器和能量存储电容器具有相同的三明治结构,然而两个器件需要的操作电压有明显差异,因此在同一个器件中,研究操作电压的影响因素并对操作电压进行调控,实现器件在不同领域的应用是十分必要的一个工作.本文利用反应磁控溅射技术在ITO导电玻璃、Pt/Si基底上生长了多晶ZrO_2和非晶TaO_x薄膜,选用不同金属材料Au, Ag和Al用作上电极构建了多种金属/氧化物介质/金属三明治结构的电容器,研究了器件在不同偏压极性下的击穿强度.结果发现:底电极是ITO的ZrO_2基电容器在负偏压下的击穿电场比Pt电极器件稍大.不管底电极是ITO还是Pt, Ag作为上电极时器件的击穿强度均存在明显的偏压极性依赖性,正偏压下的击穿电场减小了一个数量级;相反,在Al作为上电极的Al/TaO_x/Pt器件中,正向偏压比负向偏压下的击穿电场增加了近2倍.上述器件的不同击穿行为分别可以由氧化物电极和介质界面层间氧的迁移和重排、电化学活性金属电极的溶解迁移和还原以及化学活性金属电极与氧化物界面的氧化还原反应来解释.该实验结果对有不同操作电压要求的器件,如忆阻器和介质储能电容器等在器件设计和操作方面具有指导意义.     

低维纳米材料热电性能测试方法研究

通过近几十年的研究,人们对于块体及薄膜材料的热电性能已经有了较全面的认识,热电优值ZT的提高取得了飞速的进展,比如碲化铋相关材料、硒化亚铜相关材料、硒化锡相关材料的最大ZT值都突破了2.但是,这些体材料的热电优值距离大规模实用仍然有较大的差距.通过理论计算得知,当块体热电材料被制作成低维纳米结构材料时,比如二维纳米薄膜、一维纳米线,热电性能会得到显著的改善,具有微纳米结构材料的热电性能研究引起了科研人员的极大兴趣.当块体硅被制作成硅纳米线时,热电优值改善了将近100倍.然而,微纳米材料的热电参数测量极具挑战,因为块体材料的热电参数测量方法和测试平台已经不再适用于低维材料,需要开发出新的测量方法和测试平台用来研究低维材料的热导率、电导率和塞贝克系数.本文综述了几种用于精确测量微纳米材料热电参数的微机电结构,包括双悬空岛、单悬空岛、悬空四探针结构,详细介绍了每一种微机电结构的制备方法、测量原理以及对微纳米材料热电性能测试表征的实例.     

二维材料XTe_2(X=Pd,Pt)热电性能的第一性原理计算

利用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运方程,预测了二维层状热电材料XTe_2 (X=Pd, Pt)的热电性质.两种材料都具有较低的热导率,材料的晶格热导率随温度的升高而降低,且表现出各向异性.而电子热导率随温度的升高而升高.在较低温时,晶格热导率对总热导率的贡献占据主导地位.较高的载流子迁移率、电导率及塞贝克系数也对材料的热电转换效率产生极大的影响,展现出较为优异的电输运性能.对比分析PdTe_2和PtTe_2两种材料的ZT值,发现两种材料的热电性能以p型掺杂为主. PtTe_2单层的ZT值高于PdTe_2单层,并且PtTe_2单层在常温下的ZT峰值可达到2.75,是一种极具潜力的热电材料.     

快速测量单晶样品低温热电势的新方法

对传统的热电势倒相测量方法进行了改进,发展了一种快速的、针对毫米级样品的准连续的热电势测量方法,在不降低测量精度的情况下大幅度提高了热电势的测量速度.我们用高温超导材料Nd1.84Ce0.16CuO4单晶样品对该法进行了不同变温速率的测试,并与传统的倒相法进行比较,一定变温速率(<30K/hr)下和传统方法数据吻合很好,有很高的测量精度.由于此法为准连续测量法,变温速率可精确设定,所以对有明显热滞效应的材料如电子型超导体母体材料Nd2CuO4等的热电势测量有十分重要的意义.