铋系热电材料的制备与性能

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 热电材料的基础理论 2
1.2.1 塞贝克效应 3
1.2.2 佩尔捷效应 4
1.2.3 汤姆孙效应 5
1.3 热电材料的性能参数 6
1.3.1 热电优值、热电转换效率与性能系数 6
1.3.2 电导率 7
1.3.3 塞贝克系数 9
1.3.4 热导率 10
1.4 热电参数优化 12
1.4.1 电导率的优化 12
1.4.2 塞贝克系数的优化 13
1.4.3 热导率的优化 15
1.5 热电材料的应用 18
1.5.1 放射性同位素热电式发电机 18
1.5.2 太阳能热电发电机 20
1.5.3 生物热源供电设备 21
1.5.4 温度传感及控制装置 22
1.5.5 水分收集装置 22
1.6 热电材料的表征及性能参数测试 23
1.6.1 X射线衍射物相分析 23
1.6.2 场发射扫描电子显微镜 24
1.6.3 高分辨透射电子显微镜 24
1.6.4 放电等离子体烧结 24
1.6.5 X射线光电子能谱 25
1.6.6 样品密度测试 25
1.6.7 电传输性能测试 25
1.6.8 热传输性能测试 27
1.6.9 霍尔效应测试 28
1.6.10 电子探针 28
1.6.11 超声模量测试系统 28
1.6.12 紫外可见近红外分光光度计 28
1.6.13 小型热电转换效率测试系统 29
参考文献 29
第2章 热电材料研究进展 35
2.1 热电材料的整体研究进展 35
2.1.1 室温区热电材料 35
2.1.2 中温区热电材料 37
2.1.3 高温区热电材料 38
2.2 碲化铋热电材料研究进展 40
2.2.1 碲化铋基热电材料的基本性质 40
2.2.2 碲化铋基材料的热电性能研究进展 43
2.3 硫化铋热电材料研究进展 45
2.3.1 硫化铋材料基本性质 46
2.3.2 硫化铋材料优化方法 48
2.3.3 硫化铋材料研究现状 49
参考文献 51
第3章 n型碲化铋基热电材料的制备及性能研究 56
3.1 熔炼及烧结工艺对n型碲化铋热电性能的影响 56
3.2 n型碲化铋热电性能的各向异性 57
3.3 熔炼温度对n型碲化铋热电性能的影响 60
3.4 烧结工艺对n型碲化铋热电性能的影响 63
3.5 Bi2S3纳米棒弥散和原位掺杂对Bi2Te2.7Se0.3热电性能及力学性能的影响 68
3.5.1 Bi2S3纳米棒对Bi2Te2.7Se0.3相结构的影响 68
3.5.2 复杂微观结构表征及形成机理 71
3.5.3 Bi2S3纳米棒对Bi2Te2.7Se0.3热电性能的影响 74
3.5.4 Bi2S3纳米棒改性的重复性及样品转换效率探究 80
3.5.5 Bi2S3纳米棒对Bi2Te2.7Se0.3力学性能的影响 82
3.6 硬质相Ru纳微颗粒弥散增强n型商业碲化铋材料热电性能及力学性能研究 85
3.6.1 Ru纳微复合结构对商业碲化铋物相及微观结构的影响 85
3.6.2 Ru纳微复合结构对商业碲化铋热电传输的影响及机制 88
3.6.3 Ru纳微复合结构对商业碲化铋热电转换效率的影响 91
3.6.4 Ru纳微复合结构对商业碲化铋力学性能的影响 94
参考文献 98
第4章 p型碲化铋基热电材料的制备及性能研究 100
4.1 p型碲化铋的成分优化及热电性能的各向异性研究 100
4.1.1 测试方向对p型碲化铋热电性能的影响 100
4.1.2 p型碲化铋的组分调控对热电性能的影响 103
4.2 CsBr掺杂对p型碲化铋热电性能的影响 105
4.2.1 CsBr掺杂对p型碲化铋微观结构的影响 105
4.2.2 CsBr掺杂对p型碲化铋电性能的影响 110
4.2.3 CsBr掺杂对p型碲化铋热性能的影响 113
4.3 Cu1.8S掺杂对p型碲化铋热电性能和力学性能及适用温区调整 114
4.3.1 Cu1.8S掺杂对p型碲化铋微观结构的影响 114
4.3.2 Cu1.8S掺杂对p型碲化铋热电性能的影响 117
4.3.3 Cu1.8S掺杂对p型碲化铋力学性能的影响 123
4.3.4 SnO2复合对于BST+0.3wt%Cu1.8S微观结构的影响 123
4.3.5 SnO2复合对于BST+0.3wt%Cu1.8S电性能的影响 126
4.3.6 SnO2复合对于BST+0.3wt%Cu1.8S热性能的影响 129
4.4 复合金属Ir对p型碲化铋热电性能的影响 130
4.4.1 复合金属Ir对p型碲化铋微观结构的影响 130
4.4.2 复合金属Ir对p碲化铋电性能的影响 134
4.4.3 复合金属Ir对p碲化铋热性能的影响 135
参考文献 137
第5章 硫化铋基热电材料的固相法制备及性能 139
5.1 SnX4（X=F，Cl，Br，I）掺杂增强硫化铋热电性能 139
5.1.1 SnX4（X=F，Cl，Br，I）掺杂硫化铋块体的相结构 139
5.1.2 SnX4（X=F，Cl，Br，I）掺杂硫化铋块体的微观结构 139
5.1.3 SnX4（X=F，Cl，Br，I）掺杂硫化铋块体的电输运性能 141
5.1.4 SnX4（X=F，Cl，Br，I）掺杂硫化铋块体的热输运性能 144
5.2 不同价态阳离子氯化物掺杂增强硫化铋热电性能 146
5.2.1 不同价态阳离子氯化物掺杂硫化铋块体的相结构 146
5.2.2 不同价态阳离子氯化物掺杂硫化铋块体的微观结构 146
5.2.3 不同价态阳离子氯化物掺杂硫化铋块体的电输运性能 148
5.2.4 不同价态阳离子氯化物掺杂硫化铋块体的热输运性能 152
5.3 XCl4（X=Sn，Zr，Hf）掺杂增强硫化铋热电性能 153
5.3.1 XCl4（X=Sn，Zr，Hf）掺杂硫化铋块体的相结构 153
5.3.2 XCl4（X=Sn，Zr，Hf）掺杂硫化铋块体的微观结构 154
5.3.3 XCl4（X=Sn，Zr，Hf）掺杂硫化铋块体的电输运性能 155
5.3.4 XCl4（X=Sn，Zr，Hf）掺杂硫化铋块体的热输运性能 159
5.3.5 不同浓度HfCl4掺杂硫化铋块体的相结构 161
5.3.6 不同浓度HfCl4掺杂硫化铋块体的微观结构 161
5.3.7 不同浓度HfCl4掺杂硫化铋块体的电输运性能 164
5.3.8 不同浓度HfCl4掺杂硫化铋块体的热输运性能 166
5.4 微/纳米结构复合增强硫化铋热电性能 168
5.4.1 不同复合比例的硫化铋块体的相结构 168
5.4.2 不同复合比例的硫化铋块体的显微结构 168
5.4.3 不同复合比例的硫化铋块体的电输运性能 171
5.4.4 不同复合比例的硫化铋块体的热输运性能 173
5.5 晶界阻隔层及调制掺杂提示Bi2S3热电性能 175
5.5.1 晶界阻隔层及调制掺杂Bi2S3材料的设计 175
5.5.2 CuCl2掺杂Bi2S3块体的热电性能 177
5.5.3 Bi2S3块体引入阻隔层的热电性能 180
5.5.4 晶界阻隔层结合调制掺杂优化Bi2S3热电性能 183
5.6 载流子调制与多相纳米析出物协同优化Bi2S3热电性能 193
5.6.1 PbBr2掺杂Bi2S3块体的相结构 193
5.6.2 PbBr2掺杂Bi2S3块体的显微结构 193
5.6.3 PbBr2掺杂Bi2S3块体的EPMA显微分析 194
5.6.4 PbBr2掺杂Bi2S3块体的热电性能 194
5.6.5 PbBr2掺杂Bi2S3块体的微观结构 199
参考文献 201
第6章 硫化铋基热电材料的液相法制备及性能 204
6.1 溶液法卤族酸掺杂提升Bi2S3热电性能 204
6.1.1 硫化铋块体不同压力方向的相结构与热电传输性能 204
6.1.2 卤族酸掺杂硫化铋粉末的显微结构 205
6.1.3 卤族酸掺杂硫化铋块体的显微结构 207
6.1.4 卤族酸掺杂Bi2S3块体的热电传输性能 208
6.1.5 水热Cl掺杂的硫化铋的微观结构 210
6.1.6 水热Cl掺杂的硫化铋块体的热电性能 214
6.1.7 水热Cl掺杂的硫化铋块体的显微结构 220
6.1.8 水热Cl掺杂的硫化铋块体制备器件的热电转换效率 224
6.2 溶液法Se-Cl共掺优化Bi2S3热电性能 225
6.2.1 Se-Cl共掺Bi2S3粉体和块体的相结构 225
6.2.2 Se-Cl共掺Bi2S3粉末和块体的微观结构 226
6.2.3 Se-Cl共掺Bi2S3块体的XPS 229
6.2.4 Se-Cl共掺Bi2S3块体的电输运性能 230
6.2.5 Se-Cl共掺Bi2S3块体的热输运性能 232
6.2.6 Se-Cl共掺Bi2S3块体的热电优值 234
6.3 Bi2S3/FeCoNi复合材料的制备及热电性能 235
6.3.1 Bi2S3/FeCoNi复合材料的相结构 235
6.3.2 Bi2S3/FeCoN复合材料块体的微观结构 236
6.3.3 Bi2S3/FeCoNi复合材料的热稳定性 241
6.3.4 Bi2S3/FeCoNi复合材料的XPS 242
6.3.5 Bi2S3/FeCoNi复合材料的热电性能 243
参考文献 248
第7章 展望 252