低维热电材料的制备与表征

作     者：崔洪梅 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王继扬

授予年度：2005年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：低维热电材料 硫族化合物 填充型方钴矿 水热共还原 溶剂热合成 超声化学合成 

摘      要：由于热电材料在制冷和发电方面的广阔的应用前景,使其在世界范围内受到了广泛的重视,如果材料的热电优值ZT能提高到3,小型、静态且能固定安装、长寿命的制冷装置能逐步代替传统的制冷器件。最近,理论和实验研究证明像量子阱、量子线、量子点等热电低维结构有高的热电系数。本文在对热电理论的分析和总结热电材料发展历史的基础上,以传统的且热电性能好的材料(Bi,Sb)(Se,Te)材料和最有应用前景的“声子玻璃-电子晶体的填充型方钴矿NaFeP为研究对象,采用水热共还原法,超声化学法,溶剂热分别在不同的温度和时间下,制备了Sb Se、BiSe、BiTe和NaFeP纳米结构材料,并对合成产物的组成、微结构、性能与合成条件等的关系进行了系统的研究,同时对合成产物的形成机理进行了探讨,提出了相应的物理化学模型。在热电低维材料制备、纳米晶的生长及热电性能研究方面开展了一定具有创新意义的研究工作,重点有以下几个方面: 水热法在制备纳米粉体方面具有合成工艺简单、成本低、效率高等优点,在过去常用于合成纳米结构材料。本研究中首先采用水热共还原在没有任何表面活性剂存在的条件下,在105-180℃下加热24h成功制备了40-60nm的SbSe纳米单晶带和100-250nm的单晶棒。用X-射线衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),电子衍射(ED)和高分辨电镜(HRTEM)表征合成产物。研究工作表明:SbSe纳米带和纳米棒是单晶,沿[001]方向生长,并且随着反应温度的增加,产物中的纳米单晶棒的含量逐渐增加,单晶棒的尺寸由纳米级变到微米级,因此可以通过控制反应温度来控制纳米SbSe晶的形貌和尺寸。提出了SbSe纳米单晶带和纳米单晶棒生长模型。 超声化学合成技术与常规条件下的反应相比,具有条件温和、反应时间短、操作方便、产率高等优点,由于超声空化作用可以发生某些在正常条件下不能进行的反应。采用超声化学法分别在25℃,30℃,40℃下合成了SbSe纳米结构材料。对合成粉末的形貌观察分析可知,在25℃下超声反应10h所得的粉末颗粒主要是八面体双锥,当反应温度到30℃时,在同样反应时间下,合成的产物中除了一些双锥,还出现了球形颗粒和大量的管状物,反应温度在40℃时,合成颗粒中除了双锥,还出现了一些簇状棒型物。对此现象进行分析知,25℃下超声合成的双锥是由SbSe