高压合成碲化铋基热电材料及其热电性能的优化

作     者：赵昊 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁战辉

授予年度：2022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：碲化铋 多孔材料 高压合成 热电性能 热导率 

摘      要：碲化铋是一种在室温区具有良好热电性能的半导体材料。本文采用高温高压技术手段制备了一系列碲化铋基复合材料。利用复合第二相材料在基体中制造孔洞,并深入研究了孔洞的孔径尺寸与孔径分布、掺杂、合成压力与合成温度对材料微观结构以及热电运输性能的影响。主要内容如下:（1）采用高温高压技术合成出p型（Bi,Sb）2Te3与Na Cl的多相高致密复合材料。然后通过清洗去除Na Cl,在材料中形成纳米或亚微米孔洞。通过调控Na Cl的复合含量来调控基体中孔洞的大小和分布。通过扫描电子显微镜对合成样品的断面进行形貌分析,结果表明Na Cl有抑制晶体长大的作用,且随Na Cl复合含量的增加,基体中的孔洞尺寸逐渐增大,从而导致材料电学性能降低和热导率的大幅减小。多孔样品（孔隙率为24.9%）在493 K时的ZT值最高达到1.05,与同样条件下制备的致密样品在该温度下相比,ZT值提高了33%。（2）采用高温高压合成手段制备出不同复合比例的n型Bi2（Se,Te）3与Ti H1.924的复合材料,并且研究了保温时间、合成压力、复合比例等对Bi2（Se,Te）3热电性能的影响。结果表明,过高的压力不利于热电材料的合成,且过量的Ti进入到Bi2（Se,Te）3晶格当中会使材料的导电类型发生转变。在合成压力为2.5GPa,复合比例为10:1时,样品表现出最好的热电性能,在373 K下达到最大ZT值0.94,较相同温度下未掺杂样品的ZT值0.36增大了约1.6倍,且该样品在493 K下的ZT=0.78较未添加Ti H1.924样品在493 K下的ZT=0.59优化了32.2%。