碲化铋
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碲化铋金相
碲化铋是一种金属硼化合物,其化学式为Bi2Te3。
它是一种典
型的热电材料,具有重要的应用价值。
在热电领域,碲化铋是一种重要的材料,可以用于制备热电发电机、热电冷却器等。
碲化铋的金相组织主要有晶粒大小、晶粒形状、晶粒分布、组织缺陷等方面的特征。
晶粒大小和晶粒形状是影响材料性能的重要因素,而晶粒分布和组织缺陷则会影响材料的热电性能。
碲化铋的金相组织可以通过金相显微镜来观察。
在制备样品之前,需要将碲化铋样品切割成合适的大小,并使用金相切片机制备样品。
制备好的样品需要进行磨削、抛光等处理,然后使用金相显微镜观察样品表面的组织结构。
在碲化铋的金相组织中,可以观察到晶粒的大小和形状。
晶粒通常是多边形的,大小在几微米到几十微米之间。
碲化铋的晶粒分布均匀,但在一些区域可能存在晶粒聚集的情况。
此外,在碲化铋的金相组织中,还可以观察到一些缺陷,如晶界、夹杂等。
总之,碲化铋的金相组织是影响其热电性能的重要因素之一。
通过观察碲化铋的金相组织,可以更好地理解其性能和应用。
- 1 -。
1、铋系热电材料概述:进入21 世纪以来,随着全球工业化的发展,人类对能源的需求不断增长,在近百年中,工业的消耗主要以化石类能源为主。
人类正在消耗地球50 万年历史中积累的有限能源资源,常规能源已面临枯竭。
全球已探明的石油储量只能用到2020 年,天然气只能延续到2040 年左右,煤炭资源也只能维持2300 年左右。
且这两种化石燃料,在使用时排放大量的CO2、SO2、NO、NO2等有害物质,严重污染了大气环境、导致温室效应和酸雨。
引起全球气候变化,直接影响人类的身体健康和生活质量,严重污染水土资源。
因此,开发新型环保能源替代材料已越来越受到世界各国的重视。
其中发展新型的、环境友好的可再生能源及能源转换技术引起了世界发达国家的高度重视。
热电半导体是采用热电效应将热能和电能进行直接转换的一种无污染的绿色能源产品。
其中温差发电是利用热电材料的Seebeck效应, 将热能直接转化为电能, 不需要机械运动部件, 也不发生化学反应。
热电制冷是利用Peltier效应, 当电流流过热电材料时, 将热能从低温端排向高温端, 不需要压缩机, 也无需氟利昂等致冷剂。
因而这两类热电设备都无振动, 无噪音, 也无磨损, 无泄漏, 体积小, 重量轻, 安全可靠寿命长, 对环境不产生任何污染, 是十分理想的电源和制冷器。
于是美国能源部、日本宇宙航天局等发达国家的相关部门都将热电技术列入中长期能源开发计划, 我国也将热电列入国家重点基础研究发展计划(973)的大规模发展的新能源计划中。
在21世纪全球环境和能源条件恶化、燃料电池又难以进入实际应用的情况下, 热电技术更成为引人注目的研究发展方向。
热电半导体行业在全球来说作为一个新兴行业,每年以超过1倍的速度增长。
目前, 已经商用的热电行业的原料最主要的是Bi2Te3基热电半导体材料。
商业化的B i2Te3基热电半导体材料以炼铜行业的副产物铋、碲、硒等为原料, 按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3 基热电半导体晶棒。
2Te3)> 热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3) -热电材料是一种在固体状态下就可使热能与电能相互转换(静态能量转换)的材料。
它能做成重量轻、体积小的微型半导体制冷器,解决计算机技术、航天技术、超导技术及微电子技术等高技术领域的制冷难题。
目前,热电半导体产业已延伸至国际上最为热门的新材料、新能源等高新产业。
商用热电行业的原料主要是Bi2Te3 基热电半导体材料。
Bi2Te3基热电半导体材料以炼铜的副产物铋、碲、硒等为原料,按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3基热电半导体晶棒。
目前,用低维化和纳米化来实现电、声输运特性的协同调控,从而优化材料的热电性能,是热电材料领域的一个重要研究方向。
主要通过外混、原位复合等方式引入纳米颗粒,纳米颗粒的散射中长波长的声子,从而降低材料的晶格热导率,同时纳米化有助于载流子在费米能级附近态密度的提高,纳米颗粒构成的界面所产生的界面势垒能有效过滤低能量载流子,从而增大赛贝克系数。
本书综述了热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3)的最新研究进展,包括最新的合成方法、结构表征方法、热电性能及理论模型分析,另外,书中还介绍了热电材料器件应用于不同的新能源发电设备以及分析热电材料的商业潜能。
全书共12章:1.热电材料的概述。
包括热电材料的Seebeck 效应、Peltier效应等三种热电效应,半导体材料等内容;2.电沉积法制备Bi2Te3基薄膜和纳米线;3.Bi2Te3纳米线电沉积于高分子径迹蚀刻膜的合成和表征;4.V2VI3薄膜纳米合金材料的合成和结构及传输性能表征;5.Bi2Te3 薄膜材料结构和传输性能研究;6.Bi2Te3 基块体纳米材料的合成方法、热电性能分析;7.Bi2Te3 纳米线、纳米复合材料及纳米块体材料的高能X射线和中子散射分析方法;8.Bi2Te3 纳米材料的结构分析,包括单晶纳米线的化学计量分析、化学模拟分析及电子传输系数的计算等;9.Bi2Te3晶体点缺陷的密度函数理论研究;10.基于玻尔兹曼理论从头开始描述热电性质;11.VVI复合薄膜和纳米线的热导性测试方法及热电价值分析;12.用于表征纳米材料结构及单根纳米线热电性能研究的热电纳米线表征平台(TNCP)的发展。
碲化铋制备温度马弗炉碲化铋(bismuth telluride)是一种重要的热电材料,具有优异的热电性能。
它在热电转换领域有着广泛的应用,例如热电发电、温差发电、冷却等。
碲化铋的制备过程中,制备温度是一个关键参数,对其性能和结构有着重要影响。
马弗炉(Muffle Furnace)是一种常用的碲化铋制备设备。
本文将详细探讨碲化铋制备温度以及马弗炉在该过程中的作用和影响。
一、碲化铋的制备温度探讨1. 制备温度的选择和影响因素制备温度是影响碲化铋性能和结构的重要参数之一。
合理选择制备温度可以调控碲化铋的晶粒尺寸、晶体结构以及热电性能等关键特性。
选择合适的制备温度可以实现对碲化铋的定向生长和织构控制,从而提高其热电性能。
制备温度的选择涉及多个因素,包括材料的熔点、晶粒生长速率、蒸汽压等。
较高的制备温度可以促进晶粒的生长,但同时也可能引起晶粒的烧结和粗化,降低热电性能。
制备温度需要在充分考虑这些因素的基础上加以选择。
2. 温度对碲化铋性能的影响制备温度对碲化铋的性能有着显著影响。
较高的温度可以提高碲化铋的载流子浓度和迁移率,改善其导电性能。
高温制备还可以提高晶体的长程有序性,减小晶界及缺陷密度,提高材料的热电性能。
尽管高温制备可以带来上述优点,但同时也会造成碲化铋的晶体粗化和烧结现象。
晶体粗化会导致晶体尺寸增大,晶界区域减小,从而降低材料的迁移率和热导率,影响其热电性能。
3. 制备温度的优化和控制为了获得较好的热电性能,制备温度需要进行优化和控制。
可以通过实验和模拟等方法来研究不同温度下的碲化铋性能和结构变化规律。
通过调节制备温度和工艺参数,可以实现对碲化铋晶体生长、晶粒尺寸和晶界控制的精确调控。
二、马弗炉在碲化铋制备过程中的作用马弗炉是一种常用的碲化铋制备设备,其在制备过程中起到关键的作用。
以下是马弗炉在碲化铋制备中的主要作用:1. 温度控制:马弗炉可以提供稳定且可调控的制备温度,确保碲化铋的制备过程能在理想的温度条件下进行。
碲化铋价态-回复碲化铋是由碲和铋元素构成的化合物,化学式为Bi2Te3。
在这个化合物中,铋处于+3价态,而碲处于-2价态。
下面,我们将逐步说明碲化铋的价态。
首先,我们需要了解铋的电子结构。
铋原子的电子结构为[Xe] 4f^145d^10 6s^2 6p^3。
因此,铋原子有5个价电子,可以容易地丢失3个电子以达到稳定的半满壳和满壳电子结构。
因此,铋通常以+3价态出现。
然后,我们来看碲的电子结构。
碲原子的电子结构为[Kr] 4d^10 5s^25p^4。
从电子结构中可以看出,碲原子具有6个价电子,可以轻松地接受2个电子以达到稳定的满壳电子结构。
因此,碲通常以-2价态出现。
当碲和铋结合时,铋原子丢失了3个价电子,而碲原子接受了这3个电子。
这导致了碲化铋中铋的+3价态和碲的-2价态。
在碲化铋晶体中,铋和碲原子按照碲-铋-碲的顺序相互连接,形成一个层状结构。
每个碲原子周围有3个铋原子和3个其他碲原子。
这种结构使碲化铋具有一些特殊的物理和电子性质。
由于碲化铋中铋的+3价态和碲的-2价态,电子在晶格中的运动受到限制。
这导致了碲化铋的热导率比金属低,而电导率高于绝缘体。
这种特殊的热电性质使得碲化铋成为研究热电材料的理想候选者。
此外,碲化铋还具有压电效应和顺磁性。
压电效应是指在施加外力或电场作用下,材料会产生电位差。
而顺磁性是指材料在外磁场下会产生磁化现象。
这些性质使得碲化铋在传感器、振荡器和磁场测量等领域具有广泛的应用。
总之,碲化铋是由碲和铋构成的化合物,其中铋的价态为+3,碲的价态为-2。
这种化合物具有特殊的物理和电子性质,包括特殊的热电性质、压电效应和顺磁性。
因此,碲化铋在材料科学和电子工程中具有重要的应用前景。
2Te3)> 热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3) -热电材料是一种在固体状态下就可使热能与电能相互转换(静态能量转换)的材料。
它能做成重量轻、体积小的微型半导体制冷器,解决计算机技术、航天技术、超导技术及微电子技术等高技术领域的制冷难题。
目前,热电半导体产业已延伸至国际上最为热门的新材料、新能源等高新产业。
商用热电行业的原料主要是Bi2Te3 基热电半导体材料。
Bi2Te3基热电半导体材料以炼铜的副产物铋、碲、硒等为原料,按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3基热电半导体晶棒。
目前,用低维化和纳米化来实现电、声输运特性的协同调控,从而优化材料的热电性能,是热电材料领域的一个重要研究方向。
主要通过外混、原位复合等方式引入纳米颗粒,纳米颗粒的散射中长波长的声子,从而降低材料的晶格热导率,同时纳米化有助于载流子在费米能级附近态密度的提高,纳米颗粒构成的界面所产生的界面势垒能有效过滤低能量载流子,从而增大赛贝克系数。
本书综述了热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3)的最新研究进展,包括最新的合成方法、结构表征方法、热电性能及理论模型分析,另外,书中还介绍了热电材料器件应用于不同的新能源发电设备以及分析热电材料的商业潜能。
全书共12章:1.热电材料的概述。
包括热电材料的Seebeck 效应、Peltier效应等三种热电效应,半导体材料等内容;2.电沉积法制备Bi2Te3基薄膜和纳米线;3.Bi2Te3纳米线电沉积于高分子径迹蚀刻膜的合成和表征;4.V2VI3薄膜纳米合金材料的合成和结构及传输性能表征;5.Bi2Te3 薄膜材料结构和传输性能研究;6.Bi2Te3 基块体纳米材料的合成方法、热电性能分析;7.Bi2Te3 纳米线、纳米复合材料及纳米块体材料的高能X射线和中子散射分析方法;8.Bi2Te3 纳米材料的结构分析,包括单晶纳米线的化学计量分析、化学模拟分析及电子传输系数的计算等;9.Bi2Te3晶体点缺陷的密度函数理论研究;10.基于玻尔兹曼理论从头开始描述热电性质;11.VVI复合薄膜和纳米线的热导性测试方法及热电价值分析;12.用于表征纳米材料结构及单根纳米线热电性能研究的热电纳米线表征平台(TNCP)的发展。
2Te3)> 热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3) -热电材料是一种在固体状态下就可使热能与电能相互转换(静态能量转换)的材料。
它能做成重量轻、体积小的微型半导体制冷器,解决计算机技术、航天技术、超导技术及微电子技术等高技术领域的制冷难题。
目前,热电半导体产业已延伸至国际上最为热门的新材料、新能源等高新产业。
商用热电行业的原料主要是Bi2Te3 基热电半导体材料。
Bi2Te3基热电半导体材料以炼铜的副产物铋、碲、硒等为原料,按一定的配比和特殊的掺杂经定向生长得到Bi2Te3基热电半导体晶棒。
目前,用低维化和纳米化来实现电、声输运特性的协同调控,从而优化材料的热电性能,是热电材料领域的一个重要研究方向。
主要通过外混、原位复合等方式引入纳米颗粒,纳米颗粒的散射中长波长的声子,从而降低材料的晶格热导率,同时纳米化有助于载流子在费米能级附近态密度的提高,纳米颗粒构成的界面所产生的界面势垒能有效过滤低能量载流子,从而增大赛贝克系数。
本书综述了热电纳米材料碲化铋(Bi2Te3)的最新研究进展,包括最新的合成方法、结构表征方法、热电性能及理论模型分析,另外,书中还介绍了热电材料器件应用于不同的新能源发电设备以及分析热电材料的商业潜能。
全书共12章:1.热电材料的概述。
包括热电材料的Seebeck效应、Peltier效应等三种热电效应,半导体材料等内容;2.电沉积法制备Bi2Te3基薄膜和纳米线;3.Bi2Te3纳米线电沉积于高分子径迹蚀刻膜的合成和表征;4.V2VI3薄膜纳米合金材料的合成和结构及传输性能表征;5.Bi2Te3 薄膜材料结构和传输性能研究;6.Bi2Te3 基块体纳米材料的合成方法、热电性能分析;7.Bi2Te3 纳米线、纳米复合材料及纳米块体材料的高能X射线和中子散射分析方法;8.Bi2Te3 纳米材料的结构分析,包括单晶纳米线的化学计量分析、化学模拟分析及电子传输系数的计算等;9.Bi2Te3晶体点缺陷的密度函数理论研究;10.基于玻尔兹曼理论从头开始描述热电性质;11.VVI复合薄膜和纳米线的热导性测试方法及热电价值分析;12.用于表征纳米材料结构及单根纳米线热电性能研究的热电纳米线表征平台(TNCP)的发展。
碲化铋粉末固化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述碲化铋粉末是一种具有特殊性质和广泛应用前景的材料。
它由碲和铋元素组成,具有稳定的化学性质和优异的电学特性。
因此,碲化铋粉末在各个领域具有广泛的用途。
碲化铋粉末固化是指将碲化铋粉末通过一定的方法进行加工和处理,使其具备更高的稳定性和实用性。
固化可以提高碲化铋粉末的机械强度、抗氧化性能和耐热性,从而增加其在实际应用中的可靠性。
本文将探讨碲化铋粉末固化的方法和技术,以及固化后的优势和应用前景。
通过深入研究和分析,我们可以更好地理解碲化铋粉末固化的原理和机制,为该材料的进一步应用提供良好的基础。
在接下来的章节中,我们将详细介绍碲化铋粉末的特性和固化方法。
同时,我们还将探讨固化后的碲化铋粉末在各个行业中的潜在应用,包括电子、光电子、能源领域等。
这些应用领域对碲化铋粉末固化技术的需求越来越高,因为固化可以提高其性能,拓宽其应用范围。
总之,碲化铋粉末固化是一项极具潜力的技术,具有广阔的市场前景和应用价值。
本文旨在深入探讨和研究碲化铋粉末固化的相关内容,为该领域的研究和应用提供有力支持。
相信通过我们的努力,碲化铋粉末固化技术将在不久的将来取得重要的突破和进展。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以是:文章结构部分旨在介绍本文的组织架构,以便读者能够更好地理解文章的内容。
本文将按照以下几个部分展开讨论。
首先,引言部分将会概述本文的研究背景和目的。
在1.1小节中,将简要介绍碲化铋粉末的概念及其在材料科学中的重要性。
在1.2小节,将详细说明本文的结构和各部分的内容安排。
最后,在1.3小节中,将明确本文的目的和意义,为读者提供阅读本文的动力。
其次,正文部分将重点介绍碲化铋粉末的特性和其固化的方法。
在2.1小节,将详细阐述碲化铋粉末的物理化学特性,包括其晶体结构、电学性质和导热性能等方面的特点。
在2.2小节,将介绍碲化铋粉末固化的多种方法,包括传统的热处理方法和新兴的化学固化技术等。
碲化铋的塞贝克系数稿子一嘿,亲爱的朋友们!今天咱们来聊聊碲化铋的塞贝克系数这个有点神秘但又超级有趣的话题。
你知道吗,碲化铋这小家伙可不得了。
说起它的塞贝克系数,那可是它的一个重要特性呢!塞贝克系数就像是碲化铋的一个独特“标签”,能告诉我们好多关于它的秘密。
想象一下,碲化铋就像一个藏着宝藏的小盒子,而塞贝克系数就是打开这个盒子的钥匙。
这个系数能决定碲化铋在能量转换方面的表现,比如说在温差发电中,它可起着关键作用。
而且哦,不同条件下,碲化铋的塞贝克系数还会发生变化呢!温度啦、压力啦,都能影响它。
这就好像它的心情会随着环境的变化而改变一样,是不是很神奇?科学家们为了研究清楚这个系数,那可是费了不少心思。
他们在实验室里埋头苦干,一点点地探索,就为了能更好地利用碲化铋的这个特性。
说不定在未来的某一天,因为对碲化铋塞贝克系数的深入了解,我们的生活会发生巨大的变化。
比如,我们的电子设备能更省电,或者能有更高效的能源收集方式。
想想都觉得超酷的,对吧?好啦,今天关于碲化铋的塞贝克系数就先聊到这儿,期待以后能有更多有趣的发现!稿子二嗨呀,朋友们!咱们又见面啦,今天来唠唠碲化铋的塞贝克系数。
哎呀,说起碲化铋的塞贝克系数,这可真是个让人好奇的玩意儿。
你看哈,它不是那种一眼就能看透的东西。
它就像碲化铋的一个隐藏技能,一般人还真不太容易搞明白。
但一旦你深入了解,就会发现它超级有趣。
比如说,当温度有变化的时候,这个塞贝克系数也会跟着“跳舞”。
有时候它跳得欢快,数值就大一些;有时候它又变得安静,数值就小一些。
是不是感觉像个调皮的小精灵?而且这个系数对于碲化铋在各种应用中的表现影响可大了。
要是能把它拿捏得准准的,那就能让碲化铋发挥出更大的作用。
想象一下,如果我们能把碲化铋的塞贝克系数运用得炉火纯青,那能源领域说不定会迎来一场大革命呢!什么更高效的发电装置啦,更节能的设备啦,都有可能实现。
科研人员们为了搞清楚它,那可是日夜钻研,做了无数次的实验。
碲化铋的比热容
碲化铋是一种化合物,由碲和铋元素组成。
它是一种黑色晶体,具有良好的热电性能和半导体特性。
此外,它的比热容也是一个重要的性质,用于描述物质在吸收或释放热量时所需要的能量。
根据实验数据,碲化铋的比热容为0.16 J/(g·K)。
这意味着在每克物质的温度变化1摄氏度时,需要向其提供0.16焦耳的能量。
比热容通常是温度相关的,因此在不同温度下,碲化铋的比热容可能会有所不同。
碲化铋的比热容对于研究其热学性质和应用具有重要意义。
例如,在制备碲化铋热电材料时,需要了解其热学性质,以便优化其性能。
此外,在高温条件下,碲化铋的比热容会影响其热导率和热膨胀系数,这些都是重要的工程参数。
总之,碲化铋的比热容是其热学性质的重要组成部分,它对于研究和应用碲化铋材料具有重要意义。
未来的研究可能会进一步探索不同温度和压力下碲化铋的比热容,以深入理解其热学性质。
- 1 -。
碲化铋熔点
摘要:
一、碲化铋的概述
二、碲化铋的熔点特性
三、碲化铋的应用领域
四、碲化铋的未来发展前景
正文:
一、碲化铋的概述
碲化铋(BiTe)是一种半导体材料,由铋(Bi)和碲(Te)元素组成。
它是一种具有良好热电性能的材料,在电子器件领域有着广泛的应用。
碲化铋具有较高的熔点,使其在高温环境下仍能保持良好的性能。
二、碲化铋的熔点特性
碲化铋的熔点较高,达到了1450 摄氏度左右。
这一特性使得碲化铋在高温环境下具有较好的稳定性和可靠性,使其在许多高温应用领域具有广泛的应用前景。
三、碲化铋的应用领域
由于碲化铋具有较高的熔点和良好的热电性能,使其在许多领域都有广泛的应用。
碲化铋主要应用于热电转换器件、功率器件、光电子器件等领域。
此外,碲化铋在太阳能电池、热电偶、热电发电等领域也有着广泛的应用。
四、碲化铋的未来发展前景
随着科技的不断发展,碲化铋在许多领域的应用将得到更广泛的推广。
在未来,碲化铋有望在更多高温应用领域发挥重要作用,为我国的电子器件产业
发展做出更大的贡献。
碲化铋的合成原理
碲化铋可通过以下步骤合成:
1. 首先,将纯碲(Te)和纯铋(Bi)粉末分别加入已经预热至适当温度的烧杯中。
2. 将烧杯放入惰性气体环境下的炉子中,以防止与氧气相互作用。
3. 在炉内,加热碲和铋粉末混合物,在适当的温度下,通常在500-700摄氏度之间。
这个温度可使碲和铋开始发生反应。
4. 当温度升高时,碲和铋开始发生化学反应,生成碲化铋(Bi2Te3)。
该反应的化学方程式可以表示为:
3Bi + Te2 -> Bi2Te3
以上是碲化铋的合成原理的一个简单描述。
实际上,合成条件、温度和反应时间等因素可能会有所不同,具体操作可能会略有调整。
碲化铋(Bi2Te3)是一种化合物,由碲(Te)和铋(Bi)两种元素组成。
在碲化铋中,碲和铋的化学计量比通常是确定的,即每个碲化铋分子由2个铋原子和3个碲原子组成。
因此,从化学式的角度来看,碲和铋的原子比例是3:2。
然而,关于质量比例,需要知道每种元素的原子质量。
碲(Te)的原子质量约为127.60 g/mol,而铋(Bi)的原子质量约为208.98 g/mol。
碲化铋(Bi2Te3)的分子质量可以通过将每种元素的原子质量与其在化学式中的系数相乘,然后将结果相加来得到。
即:
Bi2Te3的分子质量= 2 * 208.98 g/mol(铋)+ 3 * 127.60 g/mol(碲)
请注意,这里给出的是分子中碲和铋的相对质量比例,实际合成的碲化铋的质量可能会受到实验条件、纯度等因素的影响。
以上信息仅供参考,如有需要,建议咨询化学领域的专家或查阅相关书籍文献。
低温热电材料碲化铋
摘要
热电材料利用材料本身的物理效应来实现电热之间的转换,既可以利用塞贝克效应将热能转化为电能,也可以利用帕尔贴效应用于制冷领域。
在常温环境里,碲化铋()系合金材料是研究最成熟、应用最广泛的一类热电材料,性能比其他材料优异。
进一步提高的热电性能及其微型热电器件的制备技术是目前研究的热点。
本文简要介绍了基半导体合金的基本构成、热电性能和制备方法。
Abstract
Thermoelectric(TE) materials can realize the directly convention of electricity and thermal by the physical effect of the material, which is either used for power generations grounding on Seebeck coefficient or for cooling by Peltier effect. Bismuth telluride()-based alloys are one of the most widely studied and used thermoelectric materials,whose thermoelectric properties are better than other materials.Currently,much attention has been paid to the improvement of the thermoelectric properties of
and the preparation of its thermoelectric micro-devices. This thesis introduced Bismuth telluride()-based alloys’chemical constitution, thermoelectric properties and manufacturing methods.
新能源材料和技术是二十一世纪人类可继续发展不可缺少的重要物质和技术基础之一。
热电材料是一种新型的、环境友好的新能源材料,在热电致冷和热电发电方面的应用越来越广泛。
由于热电发电在低温废热回收利用上具备独特的优势,而成为未来热电行业的主力发展方向。
热电材料是通过半导体材料的塞贝克(Seebeck)效应和帕尔贴(Peltier)效应实现热能与电能直接相互耦合、相互转化的一类功能材料。
随着能源危机与环境污染的日益严重,热电材料因其自身具有无污染、无噪音、体积小、寿命长、可精确控制等优点引起了人们广泛的关注。
不论在发电方面(如利用深层空间作业的宇宙飞船的发送机内外温差建立自动发电系统供长期宇航作业),还是从环境保护、无震动、无噪声、微型化、易于控制、可靠性、寿命长等角度出发,热电材料都具有不可取代的优点。
目前,热电材料已经成功应用到人造卫星,太空飞船,高性能接收器和传感器等领域。
基半导体合金是目前知道的室温下性能最好的热电材料。
Bi和Te分别是V 族和VI族元素,即为它们构成了化合物半导体。
是一种天然的层状结构
材料,晶体结构为R-3m斜方晶系。
化合物为六面层状结构,在单胞C轴方向,Bi和Te的原子层按Te1-Bi-Te2-Bi-Te1方式交替循环排列。
其中Bi-Te1之间以共价键和离子键相结合,Bi-Te2之间为共价键,而Te1-Te1之间则以范德华力相结合,因此晶体很容易在Te1原子面间发生解理,所以材料的机械性能一般较差。
层间距为0.252nm,其结构可视为六面体层状结构,其解理面是沿垂直于晶体C轴的(001)面,而在两相邻的Te原子层间最容易发生解理。
熔点为858K,相对其它二元合金较低,这与其特殊的结构有关。
材料在熔点温度附近的组分偏离严格的化学配比,呈现稍微Bi过剩,Bi占原子重量比的40.065%,Te占原子重量比的59.935%。
这导致了材料的理论密度(7.6828)小于实验测量密度(7.8587)。
材料的这种组分偏离会大大影响材料的热电性能,甚至是材料的传导类型的改变,组分中Bi的过量会使材料呈p型传导,而Te的过量则呈n 型传导。
热电装置就是由n型和p型两种半导体材料通过金属连接形成热电结以实现温差发电或热电制冷。
热电转换效率主要取决于无量纲热电优值ZT,ZT=,其中为塞贝克系数、为电导率、为热导率、T为绝对温度。
目前商用碲化铋热电材料的ZT值一般都小于或接近1.0,性能仍然偏低。
要获得较高的热电性能,即较大的ZT值,需要材料同时具有较高的电导率和赛贝克系数以及较低的热导率,而这三个参数并不是独立的,它们之间相互关联,都受到载流子浓度等因素的影响。
因此,如何实现三个参数的协同调控以获得最佳的ZT值成为研究热电材料的关键。
现在碲化铋制备方法可以分为单晶材料制备方法和纳米材料制备方法等。
单晶材料制备方法主要有区熔法和布里奇曼法;微米纳米晶粉体材料制备方法主要有分子束外延法(MBE)、高能球磨法、电化学沉积法、溶剂热法、熔融旋甩法等。
此外,碲化铋基材料的制备技术还包括剪切挤压法以及机械剥离法制备纳米薄片等等。
一种新研发的制备方法是以氯化铋、亚碲酸钠、氢氧化钠、表面活性剂EDTA二钠,以及还原剂硼氢化钠为初始原料,采用溶剂热合成技术,将初始原料的混合水溶液经过不同的预处理,在453 K热处理后得到黑色粉末产物,用水和乙醇多次洗涤、真空干燥后,可以得到形貌各异的纳米碲化铋化合物粉体,所得碲化铋粉体经SPS烧结制备成块体,其综合热电性能优于商用碲化铋块体材料,300 K时的ZT值为0.958。
此外,还有研究表明向P型热电材料中加入额外的Te可以使优值ZT先增大后减小,当额外Te的质量分数为3%时具有最大ZT值,约为0.92。
还有研究发现在
中弥散少量的纳米SiC颗粒可以进一步提高材料的热电性能。
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