在定常弛豫时间近似下碲化铋纳米线的热电性质

碲化铋基热电材料的合成与性能优化研究热电材料是一种能够将热能直接转换为电能的材料，在能源转换和利用方面具有重要的应用潜力。

在热电材料中，碲化铋因其优异的热电性能而备受关注。

作为一种重要的热电材料，碲化铋具有较高的热电效率和稳定的工作温度范围，因此在热电器件和能量转换领域具有广泛的应用前景。

碲化铋的合成方法有多种，常见的方法包括固相反应、溶液法和化学气相沉积等。

这些方法在不同条件下可以得到具有不同晶体结构和形貌的碲化铋材料。

为了进一步提高碲化铋的热电性能，研究人员进行了许多性能优化研究。

首先，通过合适的合成方法可以控制碲化铋的晶体结构和形貌，从而调控其热电性能。

例如，通过控制反应条件和添加合适的表面活性剂，可以制备出具有较高晶格热导率和较低电阻率的碲化铋纳米颗粒。

此外，还可以通过掺杂和合金化等方法来改变碲化铋的能带结构，从而增强其热电效率。

其次，研究人员通过对碲化铋材料进行结构调控和界面工程，进一步提高其热电性能。

例如，通过引入纳米尺度的界面相分离结构，可以有效减少热电材料的热导率，提高材料的热电效率。

此外，还可以通过表面修饰和界面改性等方法，调控材料的载流子输运性质，改善材料的电导率和Seebeck系数。

最后，在研究碲化铋的性能优化过程中，还需要对材料进行全面的性能表征和机理分析。

通过热电性能测试、结构表征和能带结构计算等手段，可以深入了解碲化铋材料的热电行为，并进一步提出性能优化的策略。

综上所述，碲化铋基热电材料的合成与性能优化研究是一个重要的课题。

通过合适的合成方法、结构调控和界面工程等手段，可以有效提高碲化铋材料的热电性能，为其在能源转换和利用领域的应用提供基础支持。

在未来的研究中，还需进一步深入理解碲化铋材料的热电行为和机理，以实现更高效、稳定的热电能量转换。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011267303.1(22)申请日 2020.11.13(71)申请人 深圳热电新能源科技有限公司地址 518000 广东省深圳市龙岗区吉华街道甘李工业园甘李六路12号中海信创新产业城13栋C501-510(72)发明人 何佳清　王江舵　何思维　杨晨　舒忠　(74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201代理人 邵泳城(51)Int.Cl.H01L 35/16(2006.01)H01L 35/34(2006.01)(54)发明名称n型碲化铋基热电材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了n型碲化铋基热电材料及其制备方法。

该n型碲化铋基热电材料的化学组成为：Bi 2Te 2.7Se 0.3+x wt％Sb，其中，0<x≤10。

该n型碲化铋基热电材料中，金属S b 纳米相分散在Bi 2Te 2.7Se 0.3中，利用Bi 2Te 2.7Se 0.3和Sb接触界面肖特基势垒的能量过滤效应可散射低能载流子，增加电子有效质量，提高材料的功率因子。

同时，均匀分散的Sb可以增强界面对低频声子的散射，降低材料的热导率。

由此，Sb掺杂可以同时对电、热传输性能进行优化，实现n型碲化铋基热电材料ZT值的提升。

权利要求书1页 说明书5页 附图2页CN 112531097 A 2021.03.19C N 112531097A1.一种n型碲化铋基热电材料，其特征在于，其化学组成为：Bi 2Te2.7Se 0.3+x wt％Sb，其中，0<x≤10。

2.根据权利要求1所述的n型碲化铋基热电材料，其特征在于，4≤x≤6。

3.一种制备权利要求1或2所述的n型碲化铋基热电材料的方法，其特征在于，包括：(1)将Bi、Se、Te原料按照预定化学计量比混合并进行熔炼处理，得到Bi 2Te 2.7Se 0.3铸锭；(2)将所述Bi 2Te 2.7Se 0.3铸锭进行预研磨后，与Sb原料混合并进行球磨处理，得到Bi 2Te 2.7Se 0.3+x wt％Sb粉末；(3)将所述Bi 2Te 2.7Se 0.3+x wt％Sb粉末进行烧结处理，得到所述n型碲化铋基热电材料。

宁夏大学硕士学位论文第一章绪论纳米Ｂｉ２Ｔｅ３作为一种良好的中低温半导体材料，应用范围广，备受研究者的关注。

目前已有很多研究者在可控合成低维纳米Ｂｉ２Ｔｅ３方面取得了一些可喜的成果，但进一步改善纳米碲化铋的热电性能，发展温差发电和通电制冷对拓宽其潜在应用前景具有重要的科学研究价值和积极意义。

１．２热电效应热电效应是由温差引起的电效应和由电流引起的可逆热效应的总称。

主要包括三个效应：塞贝克效应、珀耳帖效应和汤姆逊效应。

１．２．１塞贝克效应塞贝克效应（ｓｅｅｂｅｃｋ）是一种热能转化成电能的过程，由德国科学家Ｔ．Ｓｅｅｂｅｃｋ于１９世纪２０年代年提出【６】，当两段材质不同的导体的两端均串联在一起，构成一个封闭回路时，如图１一ｌ所示，若使两个接头１和２维持在不同的温度Ｔ１和Ｔ２（ＴＩ＞Ｔ２），即接口处存在温度差，热端的载流子（电子或空穴）就会向冷端聚集，从而形成一个内电场，并阻碍其进一步扩散，当导体内达到平衡时，导体内部无净电荷的定向移动，这个闭合回路中产生温差电流和温差电动势，即在导体ｂ的开路位置Ｙ和ｚ之间，存在电势差，称ｓｅｅｂｅｃｋ电动势。

ｓｃｃｂｅｃｋ系数定义为：＆＝ａ曲（互一五）（１－２）式中，ｓ。

是ｓｅｅｂｅｃｋ电动势，ｓ。

与结点的温差与材料性质有关，比例常数ａ曲称为材料的ｓｅｅｂｅｃｋ系数【４】，单位为一／Ｋ。

通常若在节点ｌ处（热接头），电流由导体口流进导体ｂ，ａ口６为正，反之为负。

可以看出，ｓｅｅｂｅｃｋ系数的数值大小及正负取决于口与ｂ的性质，而与温差梯度的大小、方向无关翻。

一般认为ｐ．型半导体ｓｅｅｂｅｃｋ系数为正，ｎ．型材料的ｓｅｅｂｅｃｋ系数为负。

导体ａＴ２ｙＺ图１．１塞贝克系数示意图１４】宁夏大学硕士学位论文第一章绪论子键的混合键，Ｂｉ．Ｔｅ（２）ｑ，间是共价键，而ＴｅＯ）．Ｔｅ（２）中之间是范德华力。

Ｔｅ、Ｂｉ原子在ＢｈＴｅ３晶核上的结合主要在ａ、ｂ轴方向发生，沿ｃ轴向的电子迁移率和空穴迁移率率分别是沿平行于ａｂ面（解理面）的ｌ缮和ｌ／３，而沿Ｃ轴方向的晶格热导率是沿平行于解理面方向的２倍【ｌ引，所以单晶材料在平行于解理面方向上具有最大热电优值。

纳米碲化物的合成及其电化学性质的研究安徽大学硕士学位论文纳米碲化物的合成及其电化学性质研究姓名:何吉扬申请学位级别:硕士专业:分析化学指导教师:张胜义2010-05安徽大学硕士学位论文摘要中文摘要纳米碲化物是Ⅱ-Ⅵ族元素之间形成的一类性能优良的半导体材料,具有特殊的光学性质、热学性质、磁学性质、力学性质、超导电性、声学性能等,可广泛用于太阳能电池、整流器、化学传感器等领域,是当前纳米材料领域的研究热点之一。

本论文以碲纳米棒或纳米线为模板,分别与不同的金属无机盐反应,采用低温液相反应技术和水热法合成了碲化铅纳米棒、碲化铋纳米线和碲化镉纳米线等一维纳米碲化物,采用 X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和 X射线光电子能谱(XPS)等测试技术对产物的组成和结构进行了表征。

初步探讨了产物的形成机理,并且利用循环伏安法研究了产物的电化学性质。

论文主要内容如下:1. 碲化铅纳米棒的制备及其电化学性质研究以碲纳米棒为碲源和反应模板,PbNO 为铅源,水热法制备了表面为立方3 2晶形组成的碲化铅纳米棒。

分别用 SEM、XRD、XPS等测试技术对产物进行了表征。

讨论了产物的形成机理及影响因素,测定了碲化铅纳米棒在不同介质中的电化学性质,研究了扫描速度、扫描电位范围以及其它因素对碲化铅纳米棒电化学性质的影响。

2. 碲化铋纳米线的制备及其电化学性质研究以超细碲纳米线为碲源和反应模板,BiNO 为铋源,水热法制备了表面为3 3球形颗粒组成的碲化铋纳米线。

分别用 SEM、XRD、XPS等测试技术对产物进行了表征。

讨论了产物的形成机理及影响因素,测定了碲化铅纳米棒在不同介质I 安徽大学硕士学位论文摘要中的电化学性质,研究了扫描速度、扫描电位范围以及其它因素对碲化铋纳米棒电化学性质的影响。

3. 碲化镉纳米线的制备及其光电性质研究以超细碲纳米线为碲源和反应模板,CdCl 为镉源,水热法制备了碲化镉纳2米线。

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。

N型碲化铋基纳米复合热电材料的制备和性能研究的
开题报告
研究背景和意义：
热电材料是一种能够将热能转化为电能或将电能转化为热能的材料，具有广泛的应用前景。

在能源危机和环境污染的背景下，热电材料得到
了越来越多的关注。

在目前的热电材料中，碲化铋（Bi2Te3）是一种具
有良好热电性能的传统材料，但其热电性能有限。

近年来，复合热电材料因其优异的热电性能而受到研究人员的广泛
关注。

其中，N型碲化铋基纳米材料因其良好的电子传输性质和减小热导率而受到越来越多研究者的关注。

但是，目前尚未很好地解决纳米复合
热电材料的制备和性能问题。

因此，本研究将探讨N型碲化铋基纳米复合热电材料的制备及性能
研究，为新型高性能热电材料的开发和工业应用提供参考。

研究内容及方法：
本研究将采用化学沉积法制备N型碲化铋基纳米复合热电材料，并
利用XRD、TEM、EDS、HRTEM等测试技术对其结构和形态进行表征。

利用物理性质测试系统研究N型碲化铋基纳米复合热电材料的电学、热学、热电性能等，并分析其影响因素。

研究进展：
目前已完成实验室内初步实验，制备出N型碲化铋基纳米复合热电
材料。

使用XRD、TEM等测试技术对其结构和形态进行了表征。

研究意义和创新点：
本研究将利用新型制备技术制备N型碲化铋基纳米复合热电材料，
探究其热电性能及应用价值，为新型高性能热电材料的开发和工业应用
提供参考。

同时，该研究探究的新型制备技术具有一定的创新点，有望提高热电材料的制备效率和性能。

碲化铋热电材料性能优化及在船舶余热回收领域的应用
杨立泽;周云;张德;周小元
【期刊名称】《中国材料进展》
【年(卷),期】2022(41)12
【摘要】碲化铋(Bi_(2)Te_(3))热电材料是能将热能与电能直接进行转换的功能材料,广泛应用于固态制冷、废热回收、空间发电等领域。

目前本领域内的研究热点集中在如何提高Bi_(2)Te_(3)热电材料的能量转换效率上。

在简述近年来
Bi_(2)Te_(3)基热电材料研究进展的基础上,重点介绍了纳米化改性、掺杂改性的方法对Bi_(2)Te_(3)热电性能的优化,并分析其影响机制,结果表明,纳米结构化和掺杂均能较大程度提高Bi_(2)Te_(3)的热电性能。

进一步采用Bi_(2)Te_(3)基热电器件,设计模拟了船舶柴油发电机烟气余热回收利用系统,并通过搭建测试平台研究该装置的发电效率,为船舶温差发电装置的发展提供实验基础。

最后对Bi_(2)Te_(3)热电材料的发展趋势进行了展望。

【总页数】7页(P1049-1054)
【作者】杨立泽;周云;张德;周小元
【作者单位】上海海事大学海洋科学与工程学院;重庆大学物理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174;TN34
【相关文献】
1.聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸/碲化铋气凝胶复合热电材料的研究
2.球磨工艺调控碲化铋基材料微结构及热电性能研究
3.碲化铋基低维氮化硼纳米复合材料的制备及其热电性能研究
4.碲化铋基热电材料复合改性的研究进展
5.碲化铋基热电材料电镀镍阻隔层工艺优化
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碲化铋基热电材料的合成与性能优化研究摘要：本论文采用固相法合成了碲化铋基热电材料，并针对其性能进行了优化研究。

运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能量色散谱等手段对材料进行了结构、形貌和元素分析。

通过优化合成条件、控制材料纯度以及对材料进行掺杂改性等方法，成功改善了材料的热电性能，同时也增强了其机械性能和化学稳定性。

实验结果表明，合成的碲化铋基热电材料具有良好的热电性能，可以应用于热电能量转换、温度测量和稳定热源等领域。

关键词：碲化铋；热电材料；合成；性能优化；掺杂改性。

1. 引言热电材料是一类能将热能转换为电能或反过来的特殊材料。

具有干净、可靠、寿命长等特点，因此在能量转换和温度检测等方面有广泛的应用前景。

目前，基于铋化合物的热电材料因其优异的热电性能得到了广泛关注，其中碲化铋是一种具有良好热电性能的铋化合物，并且具有较高的化学稳定性和机械强度，因而备受关注。

2. 实验方法本实验采用固相法合成了碲化铋基热电材料，然后通过对材料进行掺杂改性、优化合成条件等方法对其性能进行了改善和提高。

运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和能量色散谱等手段对材料进行了结构、形貌和元素分析，研究了不同合成条件和掺杂物对材料性能的影响。

3. 实验结果与讨论通过固相法的合成方法，成功制备了纯度高、晶粒尺寸均匀分布的碲化铋基热电材料。

通过改变合成条件和掺杂改性，在材料的热电性能、机械性能和化学稳定性方面都取得了明显的改善效果。

其中，在掺杂改性方面，多种掺杂材料的掺入可以明显提高材料的电导率，从而增强了材料的热电性能，例如掺杂Sb可以增加碲化铋的P型导电性能。

4. 结论本文成功合成了一种碲化铋基热电材料，并通过改善合成条件、控制材料纯度以及对材料进行掺杂改性等方法成功优化了材料的热电性能和机械化学性能，取得了明显的研究成果。

研究表明，碲化铋是一种优异的热电材料，可用于热电能量转换、温度测量和稳定热源等领域。

此外，研究还发现，在掺杂浓度较低的情况下，碲化铋材料具有较高的电导率。

铋热电材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述铋是一种重要的金属元素，具有许多独特的性质和广泛的应用领域。

作为一种化学元素，铋是一种质地较软的蓝白色金属，具有较低的熔点和很高的电导率。

除此之外，铋还表现出一种非常有趣的性质，即热电效应。

热电效应是指在温度差异存在时，材料内部会产生电压差，从而产生电流的现象。

铋热电材料正是利用了这种热电效应，具有将热能转化为电能的能力。

这种特性使得铋热电材料在能源转换和热管理领域具有重要的应用前景。

铋热电材料的研究进展正在取得令人瞩目的成果。

科学家们通过探索材料的结构、合成方法和改性技术，不断提高铋热电材料的热电性能和稳定性。

同时，也有越来越多的研究关注铋热电材料在能源转换、热电制冷和生物医学等领域的潜在应用。

然而，铋热电材料的发展还面临一些挑战和限制。

例如，铋热电材料的热电性能仍然有待进一步提高，特别是在高温和低温环境下的表现。

此外，材料的稳定性和耐久性也需要得到更好的改善。

为了解决这些问题，需要开展更深入的研究和开发工作。

总之，铋热电材料作为一种具有独特性质和广泛应用潜力的材料，在能源转换和热管理领域具有重要的意义。

随着科学技术的不断进步，铋热电材料的发展前景令人期待。

然而，我们还需要更多的努力和实验研究，以充分挖掘和应用铋热电材料的潜力，为人类社会的可持续发展做出贡献。

1.2文章结构1.2 文章结构本文主要包括以下几个部分：第一部分是引言，主要概述了本文的主题和目的。

首先介绍了铋作为一种热电材料的重要性和应用前景，然后简要阐述了本文的结构和主要内容。

第二部分是正文，主要分为三个小节。

首先，介绍了铋的性质和应用。

具体包括铋的物理性质、化学性质以及在能源领域、电子领域等方面的应用。

其次，讨论了热电效应的基本原理和应用。

重点解释了热电效应的概念、原理以及在能量转换和节能方面的应用。

最后，综述了铋热电材料的研究进展。

包括了铋热电材料的制备方法、性能优化以及在热电发电、热能利用等领域的应用案例。