元素?fù)诫s對Bi2Te3熱電性能的影響.pdf

1、熱電材料是一種在溫度梯度下就直接將電能和熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的新型功能材料。用其制作的器件具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，如對環(huán)境無污染、節(jié)約能源、穩(wěn)定性好和使用壽命長等，在計算機(jī)、微電子、航空航天的制冷和溫控方面都具有廣闊的應(yīng)用前景。一種材料的熱電性能是由其熱電優(yōu)值ZT決定的（2/ZT???T?，其中?、?、?和T分別指該材料的Seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和工作時的絕對溫度）。
　　目前，研究最早也是最為成熟的熱電材料是Bi2Te3及其固溶體

2、合金，已在半導(dǎo)體制冷元件上得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于Bi2Te3材料的ZT值一直在1左右，因而并沒有得到大規(guī)模應(yīng)用。如何進(jìn)一步提高Bi2Te3的熱電性能，使其實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，成為了各國研究的熱點(diǎn)。納米技術(shù)和能帶工程成為目前提高Bi2Te3材料熱電性能的主要技術(shù)途徑，是目前Bi2Te3熱電材料的主要研究方向。
　　本文結(jié)合納米化和元素?fù)诫s，研究了不同元素?fù)诫s對Bi2Te3材料熱電性能的影響，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　

3、（1）通過水熱法制備不同Lu摻雜量、I摻雜量的Bi2Te3納米粉體，研究了元素?fù)诫s對Bi2Te3熱電性能的影響。研究表明：元素?fù)诫s會對合成粉體的微觀形貌產(chǎn)生了顯著的影響，不利于Bi2Te3粉體花狀納米片的形成。主要原因是摻雜元素替代Bi原子或Te原子后會改變Bi2Te3晶體內(nèi)的鍵能，從而使Bi2Te3晶體沿a、b軸的生長速度變得緩慢，因此不利于納米片的形成。由于表面活性劑EDTA可以促進(jìn)Bi2Te3晶體沿a、b軸的生長，在摻雜后為了使B

4、i2Te3粉體依然保持花狀的納米結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)?shù)募哟驟DTA的用量。
　?。?）具有花狀微觀形貌的Lu摻雜和I摻雜的Bi2Te3納米粉體在合適的溫度下熱壓成塊體，研究了摻雜對材料熱電性能的影響。研究表明，花狀形貌的納米粉體熱壓后制備的塊體，其微觀形貌中晶粒均顯示出了不均一性，在大晶粒間均存在一些小晶粒的分布。用花狀納米粉末熱壓成的塊體具有良好的熱電性能，因為這種納米粉末形成的塊體的微觀結(jié)構(gòu)在有效的增加聲子散射的同時能夠減少載流子的

5、散射。由所得實驗結(jié)果可以看出，Lu摻雜在并沒有明顯降低材料的Seebeck系數(shù)的同時較大的降低了電阻率因而有助于提高材料的熱電性能，特別是對于摻雜量為0.1的Lu0.1Bi1.9Te3樣品，其熱電優(yōu)值在373K時達(dá)到了1.72，是n型半導(dǎo)體Bi2Te3基熱電材料熱電性能較好的材料之一。而對于I摻雜的Bi2Te2.9I0.1樣品，其Seebeck系數(shù)和熱導(dǎo)率并沒有發(fā)生顯著的變化，但電阻率要明顯低于未摻雜樣品的，從而其熱電優(yōu)值在448K達(dá)到