PbTe/FeMn热电接头的界面性能及热稳定性研究

因热膨胀系数失配和机械咬合的界面连接方式,Fe/PbTe热电接头在服役中的力学性能和热稳定性较差。考虑到合金具有热膨胀系数可调性,在纯Fe中添加特定的活性元素,通过扩散和反应在界面处形成冶金结合,可提高界面连接性能。通过高通量实验快速筛选出合金电极Fe_(100-x)Mn_(x)(x=0,5,10,15),利用放电等离子烧结(SPS)技术与n型Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te热电材料连接。研究结果表明,FeMn合金电极的热膨胀系数随着Mn含量的升高与Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te更加接近,有效降低了界面失配。时效15 d后界面出现Fe-Pb-Ga元素互扩散区,呈现冶金结合特征。其中Fe_(90)Mn_(10)/Pb_(0.98)Ga_(0.02)Te/Fe_(90)Mn_(10)时效15 d后的接触电阻率为10.12μΩ·cm^(2),转换效率稳定在4.3%左右,剪切强度增加至21.44 MPa。上述基于高通量法筛选合金电极的技术路线也为热电界面的设计提供了新的思路。

Sb元素掺杂对GeTe-PbTe材料热电性能的影响

以(GeTe)_(0.91)(PbTe)_(0.09)固溶体合金为研究对象,通过掺杂Sb元素来降低载流子浓度,探索Sb元素含量对(GeTe)_(0.91)(PbTe)_(0.09)材料热电性能的影响机制,提升材料热电性能。通过熔炼、真空热压、退火结合工艺制备了一系列(GeTe)_(0.91-x)(PbTe)_(0.09)(SbTe)x材料样品,对其热电性能进行表征和研究。结果表明:掺杂Sb元素后,成分为(GeTe)_(0.85)-(PbTe)_(0.09)(SbTe)_(0.06)材料热电性能最好,其ZT值在773 K条件下可达到1.65。将(GeTe)_(0.91)(PbTe)_(0.09)材料和(GeTe)_(0.85)-(PbTe)_(0.09)(SbTe)_(0.06)材料制成温差电单偶,测试单偶的热电转换效率,(GeTe)_(0.85)(PbTe)_(0.09)(SbTe)_(0.06)材料单偶的热电转换效率可达(GeTe)_(0.91)(PbTe)_(0.09)材料单偶的201.5%。

掺杂PbTe基热电材料的粉末冶金法制备及其性能研究

通过溶剂热法制备出立方相PbTe纳米粉末,采用真空封管熔炼法得到PbTe基热电材料Ag0.5Pb8-xSnxSb0.5Te10的合金锭。通过高能球磨得到合金粉末,采用粉末冶金快速热压工艺制备该材料的块体材料。研究了不同Pb/Sn比在300～700K范围内对材料热电性能的影响。研究结果表明,当x=4,电导率在300K时达到1 300S/cm,在600K时达到340S/cm。当x=2,Seebeck系数在625K时达到261μV/K的最大值。功率因子达到15.9×10-4 Wm-1 K-2。

PbTe的高温高压合成

以高温高压为手段 ,在 4～ 5GPa压力和 70 0～ 1 2 0 0K温度条件下 ,成功地合成出了PbTe。对合成样品进行了X射线测试分析 ,结果表明 ,合成的PbTe样品是具有NaCl结构的多晶 ,而PbTe的取向随着合成压力的升高发生变化。扫描电镜分析结果显示 :高压合成的PbTe样品 ,其晶粒有了明显的取向 ;电阻率比常压样品低 1～ 2个数量级 ,并随合成压力的升高而降低 ;热导率也同时低于常压合成的PbTe样品。以上结果说明 ,高压合成方法是改善材料性能的重要手段。

窄带隙IV-VI族半导体PbTe(111)的表面氧化及氧的热脱附机理

利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描隧道显微镜(STM)以及低能电子衍射(LEED),对PbTe(111)薄膜的表面氧化及氧的热脱附机理进行了研究.结果表明:PbTe(111)薄膜经500VAr+轰击加上250℃高温退火循环处理,可得到呈(1×1)周期性排列的清洁表面.将此清洁表面暴露于大气两天后,表面被氧化形成了PbO2、PbO和TeO2,氧化层的厚度大于2个单原子层(ML),与清洁PbTe(111)表面相比,被氧化的PbTe(111)表面的Te3d5/2与Pb4f7/2芯态谱峰的面积比明显减小,表明被氧化的PbTe(111)表面是富Pb的.在热脱附处理过程中,PbO2和TeO2的芯态峰消失,且O1s芯态峰的强度迅速减弱,表明加热处理不仅使PbO2和TeO2发生了分解,同时也使氧发生了脱附,但PbO即使在350℃退火仍吸附于PbTe(111)表面.

高温高压下掺杂N型PbTe的热电性能

以Sb2Te3作为掺杂剂,利用高温高压技术,成功合成出N型PbTe。在常温下对其热电性能的测试结果表明:掺杂微量的Sb2Te3后,PbTe的赛贝克系数绝对值和电阻率大幅度下降,热导率随掺杂浓度的增加缓慢升高。掺杂后PbTe的品质因子先大幅度增加,后逐渐降低,最高达到8.7×10-4K-1,它比常压合成的PbTe掺杂PbI2高一倍以上。结果表明,将高温高压方法与掺杂相结合,能有效地改善PbTe的热电性能。

PbTe基合金的热压制备与热电性能

以Pb粉,Te粉和PbI2粉为原料,采用固相合成方法合成了掺杂PbI2(0.03,0.05,0.1,0.3at%)N型PbTe合金,XRD分析表明,合金具有NaCl型面心立方结构。采用热压烧结法将PbTe合金粉末烧结成块体材料,运用XRD,SEM方法对材料的物相组成和形貌进行了表征,表明热压烧结后材料仍保持NaCl型面心立方结构,出现偏析现象,分为富Te相和富Pb相,其中富Pb相呈现片状。通过材料热电性能参数的测试,研究了20MPa下不同热压烧结温度,不同含量PbI2掺杂对材料热电性能的影响,结果表明合理热压烧结温度对材料的热电性能提高起到关键作用,当PbI2含量为0.1at%时,PbTe合金在350℃具有最高的功率因子2.48mW/(m.K2)。

单向固化法制备功能梯度热电材料PbTe

利用不同掺杂剂PbI2,Al和Zr对制备热电材料n-PbTe载流子浓度的影响,采用单向固化法制备具有连续载流子浓度的功能梯度热电材料.测试结果表明,连续载流子浓度的功能梯度材料PbTe比相同浓度焊接的功能梯度材料输出效率提高约30%.

国外块体热电材料PbTe的研究进展

PbTe作为应用在中温(500～900 K)段的块体热电材料,是最早被深入研究的半导体热电材料体系之一。最近,通过提高Seebeck系数和降低晶格热导率,其热电无量纲优值ZT达到了1.4～1.8左右,是目前块体热电材料中性能最好的热电材料。本文综述了近期国外对该材料体系的研究进展,包括能带结构、声子谱、Seebeck系数提高方法、晶格热导率降低方法等,并讨论了今后的发展方向。

PbTe单晶薄膜的热壁外延

介绍了一种简单的HWE装置和利用这一装置在BaF_2(111)面上生长PbTe单晶外延层的工艺。扫描电镜、X-光衍射和霍尔测量表明,PbTe单晶外延层是完美的。

高温高压下Bi2Te3掺杂PbTe的热电性能

利用高温高压技术,在3 GPa1、200 K的条件下,对PbTe进行了Bi2Te3的掺杂,并在室温下对其进行了电阻率、赛贝克系数、热导率的测试。结果表明,高温高压下,掺杂微量的Bi2Te3对PbTe的热电性质有很大的影响,PbTe样品的品质因子随着掺杂Bi2Te3的剂量的增加先大幅度升高而后逐渐轻微下降,掺杂Bi2Te3的摩尔分数为1×10-4时其最大的品质因子高达9.3×10-4K-1。这一结果比常压下利用Bi2Te3对PbTe掺杂的样品高近20%。

PbTe(111)薄膜的分子束外延生长及其表面结构特性

采用分子束外延(MBE)方法在Ba F_2(111)衬底上直接外延生长了Pb Te薄膜。反射高能电子衍射(RHEED)实时监控的衍射图样揭示了Pb Te在Ba F_2(111)表面由三维生长向二维生长的变化过程。转动对称性的研究结合第一性原理密度泛函理论(DFT)的计算揭示了在富Pb及衬底温度(Tsub)为350°C的生长条件下,得到的Pb Te(111)薄膜具有稳定的(2×1)重构表面。Pb Te(111)-(2×1)表面覆盖Te膜后,通过300°C的退火处理,重构表面可完全复原,这为大气环境下Pb Te薄膜表面结构的保护提供了有效的方法。

超高压制备n型PbTe的性能与分析

主要研究了采用超高压方法制备的n型PbTe材料的性能。对不同超高压工艺条件的样品进行密度分析、抗弯强度分析,判断其机械强度;对样品进行扫描电镜(SEM)分析,以确定其微观结构;测试样品的电导率、塞贝克系数并计算了功率因子,了解材料的热电性能。将超高压样品的各种数据与冷压样品的对应数据进行比较,结果表明,选择合适工艺条件的超高压样品的性能要明显优于冷压样品。

PbTe热电材料的合金化研究

[目的]探索PbTe热电材料的合金化方法。[方法]利用机械合金化方法和高频熔炼方法快速制备PbTe热电材料。首先,通过调整Pb和Te成分配比,球磨时间,制备出品质较好的PbTe热电材料;其次,利用高频熔炼的方法制备PbTe材料;最后对所制备的样品进行X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)测试和分析,比较两种方法制备样品的优缺点。[结果]机械合金化制备的PbTe样品退火时,细化的晶粒开始回复和再结晶,结晶度明显增加,但是仍然低于高频熔炼的样品,且退火后,块状PbTe材料中存在大量的缺陷和晶格的畸变。[结论]通过机械合金化制备的PbTe样品结晶度明显低于高频炉制备的样品。

化合物半导体PbTe单晶的制备及其特性

采用布里奇曼法合成了ＰｂＴｅ单晶，测试了其伏安特性、阻温特性、热电特性及光电导特性．实验发现，所合成的ＰｂＴｅ单晶是Ｐ型半导体，具有显著的温差电动势，对可见光灵敏度较高，是一种性能优良的热电材料．

PbTe/Pb_(1-x)Sr_xTe多量子阱中红外发光二极管的研究

为了提高Ⅳ-Ⅵ族中红外激光器的工作温度,采用分子束外延生长技术,在Cd0.96Zn0.04Te(111)衬底上外延生长了以PbTe/Pb1-xSrxTe量子阱为有源区的p-n双异质结发光二极管。高分辨X衍射(HRXRD)和光致发光谱(PL)测量表明,PbTe/Pb1-xSrxTe量子阱具有很好晶体质量和发光特性。制作的二极管I-V特性测量显示正向工作开启电压为0.35V左右,工作电流1.6mA。正向耐压特性表明二极管可承受70mA的电流注入,表明二极管具有很好的正向开启电压和反向截止电压。

n型(AgSbTe_2)_x(PbTe)_(1-x)热电材料的制备和性能

采用熔融缓冷法制备了组成为(AgSbTe2)x(PbTe)1-x(x=0.04—0.20)的热电材料,研究了AgSbTe2固溶量对材料微观结构和热电传输性能的影响。结果表明,当AgSbTe2固溶量增大时,样品易发生相结构偏析,样品由富Pb和富AgSb的两相组成。样品热导率随AgSbTe2固溶量增加而降低,电性能也有一定程度的降低。样品的无量纲热电优值(ZT)随AgSbTe2固溶量的减小而增加。

Sn^+离子注入PbTe的结构及其量子化学计算研究

依据 Sn+离子注入 Pb Te形成 Pb1 - x Snx Te注入薄层中 Sn的存在形式和结构特征 ,构建起量子化学计算的计算模型。应用离散变分 Xα量子化学计算方法重点研究了 Sn+离子注入对 Pb Te的化学键性质以及对热电性能的影响。结果表明 ,Sn+离子注入在一定程度上减弱了 Pb Te结构中共价键的强度 ,使材料的电导率增大、热导率降低 。

直流磁控溅射制备PbTe薄膜

采用直流磁控溅射的方式，用PbTe靶材溅射沉积在玻璃基底上得到了PbTe薄膜，薄膜生长速率约为100nm／min，通过控制溅射时间可沉积几纳米到几微米的不同厚度的薄膜。PbTe薄膜是面心立方结构的纤维状生长的薄膜，溅射沉积时间对薄膜的晶粒大小和结构有较大影响，溅射时间越长薄膜的晶粒越大，薄膜结构越致密，具有片层状结构。得到的PbTe薄膜是富Te的P型半导体薄膜，其电阻率随着薄膜厚度的增大而减小。

PbTe薄膜磁控溅射生长及其微结构研究

利用磁控溅射法在BaF2(111)单晶衬底上生长了PbTe薄膜,通过原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外透射谱(FTIR)表征了溅射PbTe/BaF2(111)薄膜的微结构和光学特性.测量结果显示:溅射生长的PbTe/BaF2(111)薄膜表面由规则金字塔形岛和三角形坑组成的纳米颗粒构成,且薄膜沿<111>取向择优生长,其晶粒大小与表面纳米颗粒大小接近.室温下傅里叶红外透射谱及其理论模拟表明溅射生长的PbTe薄膜光学吸收带隙(Eg=0.351 eV)出现蓝移,与PbTe纳米晶粒的尺寸效应有关.