纳米碲化铋的合成及其性能的研究

【摘要】热电材料是一种实现热能和电能相互转化的新型半导体材料,尤其是在热电制冷和温差发电领域。Bi2Te3是室温下性能最好的一种热电材料,但其热电优值约为1,限制了其转化效率。溶剂热合成法是合成纳米Bi2Te3粉体的主要方法,具有操作简单,反应温度和反应时间易于控制、产物纯度高、能量损耗小等优点。采用溶剂热合成法,改变制备纳米Bi2Te3粉体的工艺参数,合成不同微观结构的纳米Bi2Te3粉体。通过XRD,SEM,TEM对样品进行表征,讨论合成粉末的物相和微观形貌,阐明纳米Bi2Te3的合成机理,并分析Bi2Te3块体的热电性能和力学性能。具体内容如下：(1)采用溶剂热合成法,选用二甲基甲酰胺(DMF)为反应溶剂,调节PH=12.5,添加5.0gPEG-4000作表面活性剂,于180℃的密闭反应釜中保温48h,合成具有明显取向优势的层片状的六边形Bi2Te3多晶纳米片。片体很薄,尺寸较小,纳米片的直径约为100mn,厚度约为30nim。(2)采用溶剂热合成法,选用二甲基甲酰胺(DMF)为反应溶剂,调节PH=12.5,添加0.2gPVP-K30作为表面活性剂,合成的纳米Bi2Te3为无取向优势的六边形BiTe3多晶纳米片,片体尺寸略大于100nim。(3)通过改变合成纳米Bi2Te3的关键工艺参数,如反应溶剂,PH值,表面活性剂等,讨论这些参数对合成纳米Bi2Te3的物相和微观形貌的影响。得出不同反应溶剂、PH值、表面活性剂等因素影响反应过程中,反应溶液的扩散率,反应进行的速率等影响产物的物相和微观形貌。为进一步优化Bi2Te3性能提供实验依据。(4)探究纳米Bi2Te3的反应机理。完成未添加还原剂,和添加还原剂后于180℃保温不同时间的实验,合成不同的粉体。分析未添加还原剂对反应过程的影响,以及添加还原剂后反应时间对反应过程的影响。得至Bi2Te3的合成过程始于还原剂的加入；反应初期,由于反应温度低,反应进行缓慢,主要发生还原金属Bi的反应。随着反应时间的进行,合成纳米Bi2Te3的反应既有原子反应,又有离子反应,直到反应完全为止。(5)分析纳米Bi2Te3块体的性能。将合成的纳米Bi2Te3粉体压制成块体,测试其热导率、电导率,seebeck系数,综合得到具有明显取向优势的层片状多晶Bi2Te3纳米片粉体压制成的Bi2Te3块体在423K时,热电性能较好。测试了Bi2Te3块体试样的维氏硬度,得出Bi2Te3块体的脆性较小,韧性相对较大,不易发生脆性破坏或变形,具有较高的稳定性和可靠性。
【作者】王晓芳；
【导师】李进；房国丽；
【作者基本信息】宁夏大学，固体力学，2014，硕士
【关键词】热电材料；溶剂热合成法；Bi2Te3；ZT值；力学性能；

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