热处理温度对冷烧结SnSe热电性能的影响研究

SnSe热电材料具有低热导率、低成本、环境友好等优势,成为目前热电领域的研究热点材料之一。本文利用水热法和冷烧结工艺制备了多晶SnSe块体,然后进行热处理,研究热处理温度对合成多晶SnSe热电性能的影响规律。XRD结果显示,各样品的主衍射峰与SnSe卡片相匹配。SEM结果表明,颗粒由块状变为片状结构且材料内部空隙随退火温度升高而降低。正电子湮灭测量结果表明,冷烧结的SnSe样品中可能存在各种空位型缺陷,如VSe、VSn、VSnSe和大空位团簇,这些空位型缺陷是有效的声子散射中心,导致晶格热导率降低,随着退火温度的升高,空隙减小与空位型缺陷逐渐恢复导致晶界势垒降低使电导率逐渐增大。电导率、功率因子和无量纲热电优值(ZT)的变化趋势几乎相同,都是随着退火温度的升高而增加。在测试温度为773 K时,500℃退火样品的电导率σ高达4.1×103 S/m,功率因子为3.71μW/(cm·K2);而热导率随着退火温度的提升减小了声子散射中心而略有升高。最后,计算500℃退火样品的ZT值为0.70,比未退火样品的ZT值高出35.7%。因此,表明了冷烧结工艺和热处理在SnSe材料研究中有巨大潜力,为制备出高性能热电材料奠定了理论依据。