Improving thermoelectric properties of p-type Bi_2Te_3-based alloys by spark plasma sintering

High-performance(Bi_2Te_3)_x(Sb_1Te_3)_(1-x) bulk materials were prepared by combining fusion technique with spark plasma sintering,and their thermoelectric properties were investigated.The electrical resistivity and Seebeck coefficient increase greatly and the thermal conductivity decreases significantly with the increase of Bi_2Te_3 content,which leads to a great improvement in the thermoelectric figure of merit ZT.The maximum ZT value reaches 1.33 at 398 K for the composition of 20%Bi_2Te_3-80%Sb_2Te_...     

Se掺杂Bi_2Te_3电子结构第一性原理研究

碲化铋(Bi_2Te_3)是一种常见的热电材料。本文研究了硒(Se)掺杂对Bi_2Te_3电子结构的影响。本文从Bi_2Te_3的晶格结构出发,利用第一性原理对Se掺杂Bi_2Te_3所得的Bi_2Te_(3-x)Se_x(x=0, 1, 2, 3)四种材料进行晶格结构优化,并计算它们的能带和态密度。我们发现自旋轨道耦合作用对Bi_2Te_3电子结构的影响非常大,另外还发现Se掺杂会使Bi_2Te_3能带发生劈裂,使得费米能附近态密度增加。     

Sn-Sb-Te三元合金相图200℃等温截面

【目的】获得在SnTe基热电材料中掺杂Sb后的相关系。【方法】采用X-ray Diffraction Analysis(XRD)、Scanning Electron Microscope(SEM)及Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy(EDS)对合金样品进行测试,绘制Sn-Sb-Te三元系图200℃等温截面并进行相关系分析。【结果】Sn-Sb-Te三元体系200℃等温截面由3个单相区、5个两相区和5个三相区组成。其中,5个三相区分别是Sb_2Te_3+Te+SnSb_2Te_4、SbTe+SnSb_2Te_4+Sb_2Te_3、SnTe+δ-Sb_2Te+Sb、SnTe+SnSb+Sb和SnTe+SnSb+Sn。200℃时,Sb元素在SnTe相中的固溶度为3.57at.%;此外,在200℃下Sn-Sb-Te三元系中出现文献报道的SnSb_2Te_4三元相。【结论】通过合金法测定了Sn-Sb-Te三元合金相图在200℃的相平衡关系,为进一步开发SbTe基热电材料提供有益参考。     

对硫系玻璃Ge_(15)Te_(81)S_2Sb_2中掺Mn特性的研究

本文对掺Mn的硫系玻璃Ge_(15)Te_(81)S_2Sb_2样品,进行了电导率与温度关系、ESR信号和X衍射强度曲线的测量,并研究了Mn杂质对非晶态半导体导电和结构的影响。     

拓扑绝缘体Bi_2Te_3薄膜电子结构第一性原理研究

采用基于密度泛函理论第一性原理从头计算的MedeA-VASP软件包,在计算电子结构时考虑自旋轨道耦合作用的情况下,系统地计算了拓扑绝缘体Bi_2Te_3体块及其密排面(0 1 1-5)薄膜从1层到6层的电子结构.通过计算发现,Bi_2Te_3体块是带隙为0.146eV的半导体,随着薄膜层数的逐渐递增,Bi_2Te_3密排面(0 1 1-5)薄膜出现了无能隙的拓扑表面态,这一结果与Bi_2Te_3(111)面的结果一致.     

Bi_(0.96)Sb_(0.04)单晶体的量子振荡及输运性质

铋锑(Bi_(1-x)Sb_x)合金在拓扑绝缘体的研究中具有重要的意义,Bi_(0.96)Sb_(0.04)单晶体的体电子具有类似狄拉克锥型的电子结构,具有特别的研究价值.通过对Bi_(0.96)Sb_(0.04)单晶体输运性质的测量发现其电阻率在温度高于120K呈现出类半导体材料的性质,而在低于120K呈现出类金属材料的性质.外加磁场后,其输运性质在低温和低场时观察到明显的弱反局域化特点.样品的磁电阻在高场下表现出了舒勃尼科夫-德哈斯(Shubnikov de Hass,SdH)振荡,且这一量子振荡在样品的霍尔电阻上表现得更加清晰,霍尔效应和量子振荡实验数据推算的载流子迁移率相互吻合.通过旋转被测样品在磁场中的角度,可以推测出输运过程主要由体电子承担,并得到费米面的大致形状近似为长短轴之比约为1.36∶1的椭球面.     

第一性原理研究Bi_2Te_3材料及在应变作用下的电子结构变化

通过第一性原理系统地研究了Bi_2Te_3块体和薄膜的电子结构及其在应变下的电子结构变化。计算结果表明:Bi_2Te_3块体属于直接带隙半导体,宽度约为0.177eV,Bi_2Te_3单QL(Quintuple layer)薄膜则呈现间接带隙特征,带隙值约为1.031eV;在不超过3%的应变作用下,块体和薄膜材料的能带结构不受影响,但带隙宽度随应变增加成线性变化关系。     

退火气氛对Bi_2O_3薄膜电致变色性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Bi_2O_3薄膜,分别在空气、氮气、氧气气氛中退火.用X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)仪分析薄膜的物相结构;用扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)观察薄膜的表面形貌;用紫外可见分光光度计(ultraviolet-visible spectroscopy, UV-Vis)以及电化学工作站测试薄膜的电致变色性能.结果表明:Bi_2O_3薄膜具有电致变色现象,表现为黑色与透明淡黄色之间的相互转换,其中氮气气氛退火的样品具有100%的化学计量比相及较高含量的δ相,颗粒尺寸分布范围较小,电致变色效率最高,约为21 cm~2/C.     

织构化Mg掺杂磷灰石型硅酸镧电解质制备、结构及O~(2-)导电性能

以La2O3和SiO2为原料,首先利用固相法合成La2Si2O7和La2SiO5粉体,然后采用共压法成型得到La2Si2O7(含MgO、La2O3)/La2SiO5/La2Si2O7(含MgO、La2O3)三明治结构,进而在高温下通过互扩散反应制备织构化Mg掺杂硅酸镧电解质(La9.33Si5.8Mg0.2O25.8)。以X线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能量色散X线谱(EDS)、交流阻抗等测试与表征手段研究合成粉体物相和Mg掺杂硅酸镧电解质的微结构及其O2-导电性能。结果表明:通过高温互扩散和固相反应过程,可制得单相织构化Mg掺杂硅酸镧电解质,其晶粒c轴沿样品厚度方向织构化程度达70%。同时,XRD、拉曼光谱和EDS能谱分析表明:掺杂Mg主要占据结构中Si位;织构化的Mg掺杂硅酸镧电解质在750℃下电导率达3.81×10-3S/cm、活化能为0.71 eV。     

生成Bi-Pb-Sb-Sr-Ca-Cu-O系超导体高Tc单相材料的温度条件研究

在不同温度下热处理的Bi_(1.7)Pb_(0.3)Sb_(0.1)Sr_2Ca_2Cu_3Oy超导体经液氮淬火或自然降温后,分析其相结构及交流磁化率——温度关系,发现低Tc(80K)相只在840℃以下(到820℃左右)才生成,在845℃～855℃温度范围内只有高Tc(110K)相生成。据此,用高温烧结之后,快速降温,越过低Tc相生成温区,在较低温度下退火,然后用自然降温的方法制成了110K单相的Bi-Pb-Sb-Sr-Ca-Cu-O系超导体。     

Mg_3Sb_2基热电材料的研究进展

首次实现n型传导以来,无毒低成本Mg_3Sb_2基热电材料的研究便得到快速发展,有望能成为目前唯一大规模商业化的Bi_2Te_3热电化合物的替代材料。介绍了热电转化原理、Mg_3Sb_2基材料的晶体结构、电子结构及其p型、n型热电性能的研究现状。同时,简要分析了Mg_3Sb_2基材料性能优化的主要策略及其作用机制,如掺杂、固溶、晶粒尺寸调控和能带结构设计等对载流子浓度、载流子散射、迁移率和Seebeck系数等热电性能的影响机制。最后,讨论了Mg_3Sb_2基热电材料应用于发电和制冷的初步研究结果和后期热电模块应用的相关问题。     

Mn杂质在非晶半导体As_(35)Te_(55)Si_(10)中引起的缺陷态及对电导特性的影响

本文主要研究了Mn杂质在非晶半导体As_(35)Te_(55)Si_(10)中引起的缺陷态及对电导特性的影响。实验结果表明:在所有掺Mn的样品中,均显示出低温变程跳跃电导;随掺Mn量的增大变程跳跃电导更加明显,而且使变程跳跃电导向更低的温度方向推移。这些结果同Hauser等人在a-(As_2Te_3)_(1-x)Mn_x薄膜样品中所观测的结果几乎完全一致,文中对这种观象作了初步的讨论。     

三维纳米花状Bi_5O_7I/Bi_2O_2CO_3的制备及其可见光催化性能

25℃下,以Bi(NO_3)_3·5H_2O和KI为原料,在乙二醇和水的混合体系中进行磁力搅拌,继而通过NaOH溶液处理获得具有异质结的三维纳米花状Bi_5O_7I/Bi_2O_2CO_3半导体材料,并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱等方法对样品进行表征与分析;然后以制备的样品为催化剂,研究其对罗丹明B的可见光催化降解作用.结果表明,添加15mL 2.0mol·L~(-1) NaOH溶液处理所得的Bi_5O_7I/Bi_2O_2CO_3-15样品在2h内对罗丹明B的降解率为84.5%,表现出良好的光催化活性.     

Sm3+掺杂LnNbO4(Ln=La,Y)红色荧光粉的性能分析

通过高温固相法合成系列Sm3+掺杂LnNbO4(Ln=La,Y)红色荧光粉,并对样品的物相结构、荧光特性、衰减寿命和荧光热猝灭等性能进行实验分析。分析结果表明:合成的样品不含杂质相,可以被近紫外光LED和蓝光LED芯片有效激发,发出色坐标为(0615 5,0380 2)的红光对于LnNbO4(Ln=La,Y)基质来说,Sm3+掺杂LaNbO4基质的荧光强度比较强,最佳的Sm3+掺杂浓度为2%;随着Sm3+掺杂浓度的提高衰减寿命曲线由单指数线形变双指数线形,且衰减寿命不断变短;Sm3+之间的电偶极 电偶极作用是导致荧光浓度猝灭发生的原因;样品在293~450 K这一温度范围内具有良好的热稳定性。说明Sm3+掺杂的LaNbO4红色荧光粉具备成为白光LED用红色荧光粉的潜力。     

Bi—Pb—Sb—Sr—Ca—Cu—O掺入Mg的超导特性

本文报道了Bi_(1·6)~Pb_(0·3)Sb_(0·1)Sr_2Ca_2Cu_(3-x)Mg_xO_y (x=0, 0.05, 0.15, 0.2)的电阻实验及交流磁化率测量结果,发现x=0时高Tc相转变温度为132k;随着x增大,高Tc相转变温度降低,到了x=0.2时只有一个80k相。敌Mg对超导电性的破坏较严重,这可能是由于破坏了超导的Cu氧化物,同时也抑制了单斜相的形成。     

Na_(0.54)Bi_(0.46)Ti_(0.96)Al_(0.04)O_(2.94)氧离子导体的制备与性能

采用传统的固相反应法合成Na_(0.54)Bi_(0.46)Ti_(0.96)Al_(0.04)O_(2.94)氧离子导体,借助于交流阻抗谱和介电弛豫谱分别研究了钠和铝的双掺杂对Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3材料电学性能及氧离子扩散的影响。在400℃时,Na_(0.54)Bi_(0.46)Ti_(0.96)Al_(0.04)O_(2.94)材料的晶粒电导率可以达到1.51×10~(-3)S/cm,是Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3材料电导率的5.5倍。在Na_(0.54)Bi_(0.46)Ti_(0.96)Al_(0.04)O_(2.94)材料中观察到一个与氧离子弛豫相关的介电弛豫峰,弛豫参数为E=0.80 eV和τ_0=6.12×10~(-13)s,氧离子在Na_(0.54)Bi_(0.46)Ti_(0.96)Al_(0.04)O_(2.94)材料中主要通过Na-Bi-Ti的路径进行扩散迁移的。结合结构参数容忍因子及自由体积的分析,钠和铝的双掺杂改善了氧离子在Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3材料中的扩散通道,但是铝的引入一定程度上提高了氧空位扩散的能量壁垒。     

Bi再掺杂对Mg_2Si_(0.985)Bi_(0.015)热电材料性能的影响

本文考察Bi再掺杂对Mg_2Si_(0.985)Bi_(0.015)基体的组成、微观结构以及电子输运与热导率等方面的影响。采用X线衍射仪(XRD)和电子能谱(EDS)等对样品进行表征分析。结果表明:再掺杂的Bi除部分进入Mg_2Si_(0.985)Bi_(0.015)基体外,其余在晶界处生成Mg3Bi2。由于Mg2Si中Bi量的提高使得载流子浓度增加,进而增大样品的电导率,而塞贝克系数受载流子浓度变化和杂相的影响甚微。热导率则因Bi量增加和杂相的存在略有降低。在873 K时,2%Bi再掺杂样品的最高热电优值(ZT)为0.78,比未再掺杂样品提升约10%,说明Bi再掺杂对Mg2Si基体材料热电性能有一定提升作用。     

Bi_2Te_3热电材料的研究现状与发展趋势

随着人类科学技术的进步,各种热电材料不断被开发利用。Bi_2Te_3作为室温条件下性能最好的热电材料,多年来一直是热电领域的研究热点。本文将在简要介绍热电材料研究背景的基础上,概述Bi_2Te_3材料的结构和性质,综述Bi_2Te_3基热电材料的最新研究进展以及提高其热电性能的研究方法,主要包括提高载流子迁移率、增大材料Seebeck系数以提高功率因子,增加不同波长声子散射以降低晶格热导率两方面。最后对Bi_2Te_3基材料目前的研究热点以及未来可能的重点研究方向做简单讨论,同时展望了Bi_2Te_3基热电材料未来的发展趋势。     

烧结工艺对Bi_(3.5)La_(0.5)Ti_3O_(12)陶瓷显微结构及其性能的影响

采用共沉淀法制备了平均粒径约为191nm的Bi_(3.5)La_(0.5)Ti_3O_(12)粉末。对比研究了传统烧结、快速升温两步烧结和快速升温一步烧结三种烧结工艺对处于近纳米级Bi_(3.5)La_(0.5)Ti_3O_(12)坯体的致密化、最终陶瓷的显微结构以及介电性能的影响。研究结果表明,烧结过程的保温阶段,相同的保温时间下,快速升温两步烧结工艺在第二阶段保温温度比其他两种烧结工艺降低30℃的情况下制备的试样的密度较高,平均晶粒尺寸最小;传统烧结工艺制备的试样密度低于其它两种工艺的试样密度,且试样晶粒尺寸最大;快速升温一步烧结工艺制备的试样密度最大。介电测试结果表明,采用不同烧结升温工艺均保温8小时制备的试样的介电常数随着试样晶粒尺寸的增加而增大,居里温度点随着晶粒尺寸的增加而向高温方向移动。     

丙烯氨氧化合成丙烯腈Sb-Fe-Sn催化剂的结构及各组分的催化作用

合成丙烯腈用的Pb—Fe—Sn催化剂,其较好的化学组成(原子比)是Sb_(10)Fe_4Sn_3Te_(0.4)W_(0.2)Si_(12)—O_(62.4)。主要讨论这一催化剂的结构,以及各个组分的催化作用。Fe_2O_3与Sb_2O_3结合成FeSbO_4;SnO_2与Sb_2O_4形成SnO_2—Sb_2O_4固溶体;TeO_2中的Te~(4 )以晶格取代FeSbO_4中的Fe~(3 )或Sb~(5 )的形式均布在FeSbO_4晶体中;WO_3中的W~(6 )则以间隙离子形式存在于FeSbO_4晶粒间;SiO_2是连接各组成部分的骨架。催化剂的主要活性组分是FeSbO_4;SnO_2—Sb_2O_4固溶体是第二活性组分,也是分散与隔离FeSbO_4晶粒的结构型助剂;TeO_2是加速催化剂内部电子转移以提高催化活性和选择性的高效电子型助剂;WO_3对提高催化剂选择性有利,它是催化剂中防止FeSbO_4“低氧劣化”的不可缺少的组分;SiO_2是增加催化剂强度及给催化剂提供合适孔结构的载体。