Na、Ga共掺杂对n型Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)电热输运性能的影响

采用真空熔炼及热压烧结方法制备了Na和Ga共掺杂n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料。XRD结果表明,Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3块体材料的XRD图谱与Bi2Te2.7Se0.3的图谱对应一致。通过EDAX技术对Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3块体材料的成分进行了分析,无氧化现象。在298~523K温度范围内,在垂直于热压方向对样品的电热输运性能进行了测试分析,结果表明Na和Ga共掺杂可以有效地提高Bi2Te2.7Se0.3的载流子浓度,从而使电导率得到明显改善,但同时Seebeck系数有不同程度的损失。由于晶格热导率减小,Na掺杂及共掺杂样品Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3（x=0.04）均使热导率降低。当Na掺杂浓度为0.04时,随着Ga掺杂浓度的增加,热导率呈现递增的现象,Na和Ga共掺杂样品Na0.04Bi1.96-xGaxTe2.7Se0.3（x=0.04）的热电优值获得了较明显的提高,在398K时的最大ZT值为0.75。

急冷甩带对Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)热电材料微观结构与电性能的影响

采用急冷甩带法和放电等离子体烧结(SPS)制备得到了块体Bi2Te2.7Se0.3热电材料,在室温下测量其热电性能,Seebeck系数最高达到-139.33μV.K-1,功率因子也有所提高,最大值1.71×103W.m-.1K-2,计算得到最大热电优值0.421。材料经急冷甩带后,微观组织结构发生变化,内部缺陷增多,晶粒细化,改变了载流子的散射机制,增强了声子散射。虽然电导率有一定程度减小,但Seebeck系数增大,热导率减小,提高了热电性能。

聚合物造粒对Bi_2Se_(0.3)Te_(2.7)粉末流动性和热电性能的影响

采用聚合物造粒的方法,将聚乙烯醇溶液(PVA)和n型Bi_2Se_(0.3)Te_(2.7)粉末按一定的配比混合,研究聚合物造粒对Bi_2Se_(0.3)Te_(2.7)热电性能的影响。结果表明:造粒后粉体样品的粒径尺寸明显增加,流动性显著提升,其中以PVA与Bi_2Se_(0.3)Te_(2.7)质量比1∶10造粒样品的流动性最好;造粒前后,块体样品的电导率、Seebeck系数以及热导率变化范围约在10%以内,总体ZT值变化不大,并且以PVA与Bi_2Se_(0.3)Te_(2.7)质量比1∶10造粒样品和Bi_2Se_(0.3)Te_(2.7)样品的ZT值在测试范围内几乎相同,均在475 K时达到最大值,约为0. 56左右。

高压烧结制备Tb掺杂n型(Bi1–xTbx)2(Te0.9Se0.1)3合金及其微结构和热电性能

采用高压烧结技术制备了稀土元素Tb掺杂的n型Bi2Te2.7Se0.3基纳米晶块体热电材料.将高压烧结成型的样品于633 K真空退火36 h.研究了Tb掺杂量对样品的晶体结构和热电性能的影响.结果表明,高压烧结制备的样品为纳米结构, Tb掺杂使样品的晶胞体积变大,功率因子增大,热导率降低,从而使ZT值提高.Tb掺杂量为x=0.004是最优的掺杂量,该掺杂量的高压烧结样品经退火处理后,于373 K时ZT值达到最大为0.99,并且在323-473 K范围内, ZT值均大于0.8,这对用于温差发电领域具有重要意义.

退火对高压烧结Gd掺杂Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)纳米晶热电性能的影响

以Bi粉、Te粉、Se粉、Sb I3粉、Gd粉为原料,用高压烧结法制备了Gd掺杂的n型Bi2Te2.7Se0.3热电材料,对制备的样品分别在573、603、633 K真空退火36 h。用粉末XRD和FE-SEM研究了样品的物相及显微形貌;在298-473K范围内测定了样品的热电性能。建立了Bi2Te3基材料的禁带宽度与压力和体积的近似关系式,利用此关系式较好解释了高压烧结样品在退火前后热电性能的变化特性。研究结果表明制备的样品在退火前后均为纳米结构。高压烧结和Gd掺杂使样品晶胞尺寸变大,禁带宽度减小。退火使高压烧结样品的电导率提高,塞贝克系数增大,热导率降低。样品于633 K退火36 h后具有较好的热电性能,在423 K时其ZT达到最大值为0.74。

Al掺杂Bi_2Te_(2.7)Se_(0.3)合金的热电性能

利用高能球磨和快速直流热压技术制备并研究了Al元素对Bi2Te2.7Se0.3合金热电性能的影响。Al的掺杂提高了材料的Seebeck系数和功率因子。Bi2Te2.7Se0.3Al0.02的Seebeck系数在423 K时达到了200μV·K-1,功率因子在323 K时达到了2410μW·m-1·K-2,相比同温度下未掺杂的样品分别提高了约40%和19%;同时,纳米晶粒之间的晶界对声子散射显著降低了晶格热导率,使Bi2Te2.7Se0.3Al0.02的总热导率在323 K达到0.85 W·m-1·K-1,比同温度下未掺杂样品降低了33%。功率因子的提高和热导率的降低使材料的热电优值ZT在373 K时达到了0.97。