p型PbSe热电材料研究进展:从中温区发电到近室温制冷

热电材料能够实现电能和热能高效且清洁的相互转化,在余热回收和电子制冷方面具有重要的应用前景。碲化铅(PbTe)材料已经应用于深空探测领域的温差发电电源,硒化铅(PbSe)材料作为PbTe的同族类似物,有望作为其更为储量丰富、价格低廉的替代品,在中温区温差发电中展现出重要应用前景。近年来,对无Te热电冷却材料和器件需求不断增长,PbSe的研究方向逐渐从中温区发电转向近室温制冷。本文回顾了p型PbSe材料研究进程中所采用的典型优化策略,概述了基于该材料的热电发电和制冷器件的关键研究进展,展示了这一材料重要的发展前景。最后,对未来如何实现p型PbSe材料近室温热电性能的充分开发以及高性能热电制冷器件的制造进行了总结展望,包括整合各种优化策略,优化器件组装技术,确定合适的接触材料,以及开发基于PbSe的无Te热电器件,以推进其在深空探测、激光制冷等关键领域的实际应用。

非制冷PbSe中红外光导探测器的研究现状与发展趋势

从类型来看,PbSe属于窄禁带直接带隙半导体材料。在室温条件下,其探测性能类似于制冷型光子红外探测材料。然而,目前PbSe探测器的两种标准制造工艺仍存在技术瓶颈,难以制备出大面积、高性能的PbSe光敏薄膜,导致大面阵、高性能PbSe红外成像系统尚未实现商业化生产。此外,诱发和提升PbSe薄膜红外探测能力的敏化机制和光电探测机理仍未明确,无法对晶圆级PbSe薄膜的敏化过程提供精确、量化的指导。这样也就对进一步优化与提升PbSe红外探测器的性能形成了制约。基于PbSe红外探测器的发展历程,归纳与总结了PbSe红外探测器的器件结构、制备工艺、探测机理等方面的研究成果,并预测了PbSe红外探测器未来的发展趋势。

超声电化学制备PbSe纳米枝晶

PbSe nanoparticles with dendrites have been prepared by sonoelectrochemical method from an aqueous solution containing Pb(Ac)2 and Na2SeSO3 in the presence of Trisodium Citrate (TSC). The nanoparticles were characterized by using powder X ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM) and X ray photoelectron spectroscopy(XPS). XRD patterns show the presence of diffraction peaks corresponding to the (111), (200),(220), (311), (222) planes of cubic PbSe. The TEM image shows dendrits PbSe in the presence of TSC, while in the presence of Potassium Nitrilotriacetate(NTA) the TEM image shows monodisperse spherical nanoparticles with an average size of 20nm. The effects of electrolysis and complexing agents on particle size and shape were also discussed.

半导体PbSe薄膜的研究进展

综述了 PbSe 薄膜的制备方法,比较了各种制备方法的优点。重点探讨了温度、薄膜厚度和缓冲层对PhSe 薄膜质量的影响。概述了 PbSe 薄膜在红外探测器和激光器方面的应用,指出了 PbSe 薄膜现存的问题及今后工作的重点和方向。

PbSe量子点近红外光源的CH_4气体检测

研制了一种新型的PbSe量子点近红外光源,其光致发光谱较窄,能有效匹配气体的红外吸收峰。采用配位溶剂法合成出5.1 nm的PbSe量子点,并将其沉积到Ga N芯片上(沉积厚度为165.5μm),经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源。该光源第一激子吸收峰位于1 592 nm,光致发光峰位于1 665 nm,其发射光谱包含了1 625~1 840 nm之间的CH_4气体的全部的吸收谱。利用其进行CH_4气体浓度检测实验,结果表明,系统的检测下限可以达到100×10^(-6),检测误差为2%。这种由PbSe量子点近红外光源构成的新型检测系统具有低功耗、低成本和高效能等优点,将其应用在气体检测中时可以略去滤光片,其在红外气体检测领域中有着较广阔的应用前景。

硅基PbSe/BaF_2/CaF_2薄膜及其光电特性

采用分子束外延方法在 Si(111)衬底上生长了 Pb Se/ Ba F2 / Ca F2 薄膜 ,扫描电镜和 X-光衍射分析显示 ,通过生长 Ba F2 / Ca F2 缓冲层的方法 ,在 Si(111)衬底上外延的 Pb Se薄膜晶体质量高 ,Pb Se表面光亮 ,无开裂现象发生 ,X-光衍射峰峰宽窄 (15 3arcs) .外延生长的 Pb Se薄膜被应用于制作光电二极管 ,首次采用热蒸发金属铝膜在 Pb Se表面形成 Al- Pb Se肖特基结光电二极管 ,获得了比 Pb- Pb Se肖特基结更为稳定和理想的电流

化学液相沉积制备PbSe薄膜生长过程及其性能研究

采用化学液相沉积方法在醋酸铅溶液体系中制备了厚度在微米量级的PbSe薄膜,通过扫描电镜、X射线衍射和红外光谱分析等测试手段研究了PbSe薄膜的生长过程以及沉积时间对薄膜相结构、表面形貌和红外透光性能的影响。研究结果表明:随着沉积时间的增加,薄膜致密度增大,Se/Pb原子比增加,都为表面富Se的PbSe薄膜;在不同沉积时间下薄膜都为完全晶化的立方结构,各衍射峰清晰;薄膜厚度对其光学性质也有影响,随着沉积时间增加薄膜红外吸光度增大。

PbSe胶质纳米晶温度依赖的光谱特性研究

在研究中,制备了3.8和5.8nm两种尺寸的PbSe胶质纳米晶,并对PbSe胶质纳米晶温度依赖的光学特性进行了研究。实验数据表明:在室温情况下,随着温度和尺寸的变化,PbSe胶质纳米晶的禁带宽度、发光峰值波长、发光强度及全波半宽度等都会发生改变。在纳米晶尺寸是3.8nm时,PbSe胶质纳米晶的禁带宽度随温度升高产生红移;但是当尺寸是5.8nm时,禁带宽度随温度升高产生蓝移。随温度的升高,PbSe胶质纳米晶的发光强度将下降、全波半宽度会增加。

水热法制备CdSe和PbSe共负载TiO_2纳米带复合材料

采用两步水热合成过程制得了CdSe或/和PbSe负载的TiO2纳米带复合材料。用XRD、SEM、TEM、UV-Vis吸收和FTIR等测试技术对产物进行了一系列表征。结果表明,六方相CdSe粒子或/和立方相PbSe粒子直接负载在四方相锐钛矿型TiO2纳米带表面,其中呈近球形CdSe粒子的粒径主要在100~400 nm,而呈近立方体形PbSe粒子的边长主要在300~1 000 nm。CdSe和PbSe共负载TiO2纳米带复合材料在可见光区域有强的光吸收。由FTIR谱图推断,在复合材料载体TiO2纳米带结构中掺杂有少量Cd2＋或/和Pb2＋离子。

掺杂PbSe/PVA量子点的光致聚合物全息特性

通过原位合成法以聚乙烯醇辅助合成了6.5nm、10nm和15nm的PbSe量子点,研究了掺杂PbSe量子点的光致聚合物的全息特性.将三种尺寸的PbSe量子点按不同浓度分别掺入光致聚合物中,制成无机-有机复合型光致聚合物膜,并对其全息性能进行研究.复合聚合物膜的UV-Vis吸收光谱表明掺入的PbSe量子点并未与聚合物中的有机组分发生化学反应.采用氩氪离子激光器输出的647nm红光研究了复合聚合物膜的透过率和全息记录光栅的布喇格偏移与衍射效率.透过率曲线表明PbSe量子点在复合聚合物膜中分散良好,膜表面均匀.由于PbSe量子点在聚合物链中起支撑作用,复合聚合物膜在全息记录过程中不易发生形变,从而增加了聚合物膜的抗缩皱能力.衍射效率曲线表明掺入PbSe量子点的复合聚合物膜的衍射效率比未掺杂的有所提高.此外,体系存在一个最优值,当掺入平均粒径为10nm且浓度为3.6×10-6 mol/L的PbSe量子点时,样品的透过率达到84%,衍射效率从67.2%提升到89.7%,缩皱率降低到0.8%,极大提高了材料的全息性能.

PbSe(001)表面特性的第一性原理研究

用第一性原理的密度泛函理论计算了PbSe(001)表面的几何结构和电子特性。计算结果表明:PbSe(001)表面几层原子出现明显的振荡弛豫现象,但没发生重构,第一、二原子间距减小,第二、三层原子间距增大,同时也发现表面层原子出现褶皱。该表面的直接带隙出现在X点,在导带底和价带顶附近出现4个表面共振态,另外两个表面态分别出现在-4.0eV附近和-11.5eV附近。

PbSe修饰TiO_2纳米带复合材料的水热制备及其可见光催化活性

以Na2[PbCl4]络合物溶液、Na2SeSO3溶液和TiO2纳米带为前驱物,采用水热法简单制备了无桥联PbSe修饰TiO2纳米带复合材料,并对该材料进行了罗丹明B的可见光催化降解活性测试。各种测试结果表明,立方相PbSe呈纳米粒子状态沉积在锐钛矿型TiO2纳米带表面,其沉积量可通过重复合成次数在一定程度上得到控制,但对TiO2纳米带比表面积影响很小,PbSe修饰有利于对有机物降解的光催化作用;PbSe对TiO2纳米带修饰呈现出明显可见光吸收,对TiO2起到光敏化作用;可见光催化结果证实,PbSe修饰TiO2纳米带对罗丹明B光催化降解活性远比纯TiO2纳米带高出许多。

PbSe纳米晶薄膜制备以及其光电特性研究

以Pb(Ac)2、Na2SeSO3分别作为铅源和硒源,采用化学浴法在玻璃衬底上沉积PbSe纳米晶薄膜.采用X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),原子力显微镜(AFM),透射光谱以及在光脉冲下的电流-时间曲线(i-t)对纳米薄膜材料结构和性能进行了表征.结果表明,薄膜的结晶质量随络合剂浓度升高而提高,薄膜的光学吸收边从体材料的5μm蓝移至1μm左右,经过退火处理薄膜吸收边红移.退火处理引起薄膜电阻显著降低,i-t测试曲线表明经过较低氧压退火处理的纳米晶薄膜具有较快的光电导性能,而在空气气氛中退火的薄膜则出现慢光电导性能.

PbSe量子点硅酸盐玻璃光纤的制备及光纤光致荧光光谱特性

对钠硼铝硅酸盐玻璃熔体进行拉丝,再经过退火热处理,制备得到光纤直径80~130μm的PbSe量子点玻璃裸光纤.透射电镜分析发现光纤中PbSe量子点的晶粒尺寸为4.2~5.5nm,掺杂体积比约1%.对量子点光纤的柔性进行了初步测试.以980nm泵浦激光作为激励源,用荧光光谱仪观测了量子点光纤的荧光发射谱.结果表明:合适的量子点光纤的退火条件跟块玻璃不同.当退火温度为500~600℃、热处理时间为5~10h时,观测到量子点光纤有强烈的荧光辐射,峰值波长位于1 300~1 450nm,半高全宽达200~330nm.光纤最佳退火温度为600℃、时间7.5h.本文得到的量子点玻璃光纤可进一步制备成玻璃基底的量子点光纤型增益器件光纤放大器、光纤激光器等.

PbSe量子点荧光匹配气体吸收光谱方法研究

PbSe量子点（PbSe-QDs）是红外波段的典型纳米材料,其具有大的玻尔半径、小的体材料禁带宽度（玻尔半径是46nm,体材料禁带宽度是0.28eV）,因此,在近红外区域,PbSe-QDs具有强大的尺寸受限效应和较高的量子产出率。本文对不同尺寸的PbSe量子点的荧光光谱特性进行了研究,提出了一种通过调节PbSe量子点的量子尺寸匹配气体吸收光谱的方法。采用配位溶剂的方法制备了尺寸为4.6和6.1nm的PbSe量子点,将该PbSe量子点沉积到GaN发光芯片上并经过紫外光照处理和固化后制成了光致发光的近红外光源,其中4.6nm的PbSe-QDs的沉积厚度为671.5μm,而6.1nm的PbSe-QDs的沉积厚度为48μm。将制成的近红外光源应用到C2H2气体和NH3气体的检测实验中,实验结果表明,通过改变PbSe量子点的尺寸可以调节光源光致发光峰的位置,从而覆盖目标气体在近红外波段的吸收谱线。4.6nm的光源发射光谱包含了1 500~1 550nm之间的C2H2气体的全部的吸收谱;6.1nm的光源发射光谱包含了1 900~2 060nm之间的NH3气体的全部的吸收谱。这种利用PbSe量子点尺寸的可调性匹配对应气体吸收谱的方法是可行和有效的,具有广阔的应用前景。

PbSe单晶薄膜的分子束外延及其表面微结构

用分子束外延技术在BaF_2(111)衬底上生长了PbSe单晶薄膜,观测了表面形貌和微结构．结果表明,在高Se/PbSe束流比(≥0．4)条件下,PbSe按照二维层状模式生长,外延层中的应力通过位错滑移发生塑性形变而获得充分弛豫,获得的PbSe薄膜是具有单原子层平整度的表面台阶和螺旋结构；降低Se/PbSe束流比至0．2,首次在PbSe样品表面观察到规则的三角形纳米孔状结构；当Se/PbSe束流比为0时,PbSe薄膜表面出现三维岛状结构,应力只能得到部分弛豫．在BaF_2(111)衬底上分子束外延生长PbSe单晶薄膜的最佳温度为450℃．

PbSe量子点液芯光纤的温度效应

采用三能级系统的速率方程和功率传输方程并考虑温度对各项参数的影响,求解在不同的光纤长度和量子点掺杂浓度时,3.3nm PbSe量子点液芯光纤的发射光谱随温度的变化。发现当光纤长度不同时,随着温度的升高,光谱的峰值位置以相近的速率发生红移,光谱的峰值强度下降。对于较长的光纤,其光强随温度升高的衰减速率较大。当掺杂浓度不同时,随着温度的升高,光谱的峰值位置以相近的速率发生红移,峰值强度以相近的速率衰减。

PbSe外延薄膜空穴迁移率及其声子散射机理

采用分子束外延技术生长了非人为掺杂的PbSe单晶薄膜,研究了薄膜中声子散射对空穴迁移率的影响.并用霍尔效应和变温电阻率测量方法分析了电学特性,得到PbSe薄膜均具有P型导电性,载流子浓度为(5～8)×1017cm-3,室温空穴迁移率为～300cm2/(V·s),随温度降低迁移率增大,77K温度下的迁移率达到3×10cm2/(V·s).通过对PbSe薄膜中的载流子散射机理的理论分析,表明在77～295K温度范围内,PbSe的长纵光学波散射是影响载流子迁移率的主要机制.同时,Raman光谱测量显示,在温度≥203K时,不仅观察到了PbSe长纵光学声子散射LO(Г),还观察到了其他光学声子的散射,这些观察到的声子散射影响了PbSe的空穴迁移率.

有机溶剂法合成PbSe纳米立方块及其光学性质研究(英文)

用甲酰胺作溶剂和配位剂,通过温和的溶剂热路线成功地大量合成了PbSe纳米立方块.运用一系列技术手段,如粉末X光衍射(XRD)、透射电子显微术(TEM)、X光电子能谱(XPS)和傅立叶变换红外光谱等对所合成的PbSe立方块进行表征.纳米立方块的平均颗粒尺寸约为20 nm.相对于[100],[111]方向较快的生长速率导致了纳米立方块的形成,并提出了可能的生长机理.同时,对所得产物的光学性质进行研究,可能由于纳米颗粒的量子效应,吸收光谱出现蓝移现象.

单体摩尔比对PbSe纳米粒子生长的影响

研究了不同温度下,硒单体与铅单体的不同摩尔比对PbSe纳米粒子晶体成核和晶体生长的影响.实验结果表明,当硒与铅的摩尔比较大时,PbSe纳米粒子在晶体成核阶段成核比较容易,但在晶体生长阶段的生长比较缓慢.一方面原因在于硒单体的活度较大,当单体摩尔比较大时,溶液超饱和度增大,晶体成核相对容易,同时会消耗过多的单体.当PbSe纳米粒子进入晶体生长阶段时,硒与铅的单体浓度减小,影响到PbSe纳米粒子的生长速度.另一方面原因在于PbSe纳米粒子的外壳是铅壳的纳米晶结构.