胶体法合成三元铜基纳米材料及其热电性质研究

【摘要】胶体合成法可以在相对较短的时间、较低的温度下大量合成结构新颖纳米材料。过去十年中,由于在光催化剂、光电探测器和热电等方面的应用,采用胶体法合成多元金属硫属化合物纳米材料展现出蓬勃的发展的趋势。本文在国内外大量文献调研的基础上,采用胶体合成法制备出三种单分散的三元铜基纳米材料,其合成方法均采用相同的硒源前驱物,避免了使用有毒的、不稳定的烷基膦作为有机前体,并对它们在热电方面的应用进行了研究。主要研究内容包括：Ⅰ.以油胺为溶剂,通过热注射法成功合成了Cu2SnSe3(CTSe)纳米晶。常温下将硒粉溶解在油胺和正十二硫醇的混合溶液中,然后热注入到一定反应温度下含有CuCl和SnCl2的阳离子体系中。随后用X-射线衍射(XRD)、X-光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对样品的结构和形貌进行了表征。测试结果显示了合成的CTSe为单相多晶的立方晶系、单分散尺寸为5nm的纳米晶。并对该材料热压成致密材料以后在300K～598K温度范围内对其热电性能进行了测试,所有的电运输和热传输性质均在垂直和平行于热压的两个方向进行测试。最后,经过测试,计算在598K时垂直于热压方向具有最高的热电优值ZT=-0.34。Ⅱ.利用合成CTSe相同的硒源前驱物,采用胶体法,可控合成了纯组分的单分散Cu3SbSe4(CASe)纳米晶,并将样品进行等离子放电烧结(SPS)后对其热电性质进行了研究。同样,采用了XRD、XPS、SEM和TEM等表征手段对样品的结构和形貌进行了表征,研究表明：CASe为四方晶系、单分散的,尺寸大小为18±1nm的纳米晶。由于CASe勺合成条件受到反应温度、初始反应物比例以及硒源前驱物影响较大,文中对此作了详细的探讨,摸索出最佳的反应条件。进一步,CASe展现出了更好的热电性能,由于其具有较高的功率因子和相对较低的热导率,使其热电优值ZT在673K可以达到0.69。表明该法合成的CASe纳米材料在热电领域具有一定的潜在应用价值。Ⅲ.CuFeSe2(CISe)作为Ⅰ-Ⅲ-V12族的其中一员,属于p型窄带系半导体材料,在光电材料等领域有着潜在的应用价值。同以上两部分内容,主要阐述了用胶体法第一次合成了单分散的CISe纳米晶,粒子尺寸为8nm。然后将样品进行SPS成致密的圆片,在298K-613K温度范围内测试其热电性质。测试结果表明；CISe具有理想的电导率,但是由于过高的热导率,从而导致了低于前两种材料的热电优值ZT。但是,通常地利用掺杂、调整材料组成以及控制热压过程中的粒子的尺寸会使热电优值ZT进一步提高。
【作者】刘玉；
【导师】宋吉明；
【作者基本信息】安徽大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】胶体合成；Cu2SnSe3；Cu3SbSe4；CuFeSe2；纳米晶；热电性质；

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