合成工艺调控SnSe纳米材料微观结构及热电性能研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jorlin2008
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热电器件可以将热能和电能进行转换而不排放有毒气体,为当前的能源危机提供了一个有效的解决方案。虽然单晶SnSe在b轴方向实现了ZT=2.6的超高热电性能,但单晶SnSe的加工性较差,生产周期较长,限制了其应用。由于多晶SnSe工艺简单、机械性能好和可大规模的生产,发展高性能的多晶SnSe成为了研究的焦点。我们设计出强磁场辅助水热法和优化工艺参数制备出纳米结构的SnSe,通过利用能量过滤、应力场波动等多种策略对电热输送协同优化,有效地提高了材料的热电性能。主要研究内容如下:1.采用强磁场辅助水热合成法和放电等离子烧结法制备了多晶SnSe纳米材料。磁场为晶粒成核提供额外的能量获得了较小的晶粒,提高了能量过滤效应,获得了高的Seebeck系数,获得很高的功率因子。此外,在强磁场下辅助水热合成的样品存在大量密度的位错和层错。位错和堆积层错造成了应力场波动,缩短声子弛豫时间,降低了晶格热导率。强磁场辅助水热法制备的Cd、Pb共同掺杂的SnSe有着高的功率因子和超低的晶格热导率,在873 K时获得1.88的热电优值。2.采用水热合成法和放电等离子烧结法制备了Cd、Pb共同掺杂多晶SnSe纳米材料。我们通过不同的工艺参数对微观组织的影响来优化热电性能。Cd、Pb共同掺杂的多晶SnSe通过优化载流子浓度来提高电导率,提高功率因数。通过调控工艺参数使Cd、Pb共同掺杂的SnSe获得更小的晶粒,纳米沉淀物和点缺陷,增强声子散射,降低晶格的热导率。由于提高的功率因子和低热导率,材料的热电优值在873 K时达到1.47。
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