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Cu1.8S基热电材料的复合、掺杂调控及其热电性能

Cu1.8S基热电材料的复合、掺杂调控及其热电性能

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作者：徐京男昌吉学院

学位级别：硕士

日益增大的能源需求和日益减少的传统能源储量,还有世界各国对地球变暖带来的气候变化的担忧。能源的需求、对环境的担忧使得我们迫切需要新型能源。热电材料作为一种新型能源材料,有着对环境友好、可循环利用、储量大等优点,可以明显... 详细信息

日益增大的能源需求和日益减少的传统能源储量,还有世界各国对地球变暖带来的气候变化的担忧。能源的需求、对环境的担忧使得我们迫切需要新型能源。热电材料作为一种新型能源材料,有着对环境友好、可循环利用、储量大等优点,可以明显的改善能源的利用率。铜基硫族化合物作为一种热电材料广泛受到关注,其中Cu和S因为储量多,且价格低廉、毒性小,故本实验采用CuS作为研究对象,通过复合和掺杂的方式调控其热电性能。本实验中采用机械合金化法制备前驱粉体,烧结方式选用低温烧结工艺。通过复合不同含量的CNTs、石墨烯、CNTs和石墨烯的混合物,和掺杂不同含量的Ag来研究对CuS的热电性能的影响。本文内容包括下列四个方面:1.通过机械合金化法制备CuS粉体,复合不同比例的CNTs,复合量分别为0.25wt.%,0.5wt.%,1wt.%。探索复合CNTs对CuS材料的热电性能影响,结果表明CNTs的复合会降低CuS的电导率但是会提升它的塞贝克系数,从而整体提高其功率因子,又因为造成的孔洞,使得热导率下降。当复合量的0.25wt.%和0.5wt.%的时候其ZT值比纯的CuS提高了77%和33%。2.通过机械合金化法制备CuS粉体,复合不同比例的石墨烯,复合量分别为0.25wt.%,0.5wt.%,1wt.%。石墨烯虽然和与CNTs是同一种元素,但是因为石墨烯结构的特殊性,探索其特殊的结构对CuS材料的热电性能的影响。实验表明复合石墨烯后CuS的电导率下降,而塞贝克系数虽然有所提高,但是所有复合石墨烯之后的样品的功率因子都均低于纯CuS。3.通过机械合金化法制备CuS粉体,复合CNTs和石墨烯的混合物,其中CNTs和石墨烯的摩尔比是1比1,复合含量分别为0.25wt.%,0.5wt.%,1wt.%。探索CNTs和石墨烯两种不同结构的混合物对CuS的热电性能的影响。实验表明当混合物的复合量为0.25wt.%的时候,在373K～673K其功率因子高于纯CuS。4.通过机械合金化法制备CuAgS(x=0.005,0.01,0.015,0.02)粉体,采用低温冷压烧结制备块体材料,通过Ag的掺杂,研究Ag掺杂对CuS材料的热电性能的影响,实验表明Ag的掺杂能够提高CuS材料的电导率和塞贝克系数,在373K～673K所有掺杂Ag的样品其功率因子均高于纯CuS。

关键词： Cu1.8S 机械合金化法低温冷压烧结复合调控掺杂调控

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