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浙江大学

硕士学位论文

PbTe基块体热电材料的制备与性能

姓名：时容智

申请学位级别：硕士

专业：材料科学与工程

指导教师：赵新兵；朱铁军 撕要

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摘要

热电材料是一种能够实现电能与热能之间直接转换的功能材料，它提供了一种安全可靠、无污染，无噪声，全固态的发电和制冷方式，具有广泛的应用前景。其中PbTe基热电块材具有制备成本低、中温热电性能优良、容易规模化生产等优势，因此，如何获得具有更高热电性能的PbTe基块体材料成为目前的研究热点之一。本论文对PbTeSe基热电材料和GeTe-PbTe体系热电材料分别进行了掺

杂，工艺方面的研究和探索。

通过高真空熔封石英管分段缓冷法制备PbSha?Teio?Se?合金样品与改变掺杂量的Pb?Sb,Te?Se,,其中PbogSbo?Te?Se?在677K时ZT达到的1.14,同目前可复现的n型掺杂PbTe基材料的最大ZT值(648K下的0.8)相比增长接近50%。高分辨电镜下观察到样品中广泛存在着不同形貌的纳米徽区，具有剧烈的纳米层次上的结构不均匀性，从而增加声子散射有效降低热导。并制备了Ag?PbSbu?Tezng?Seg系列，研究Ag的掺杂量对热电性能的影响，结果表明由于

样品上的微裂纹，导致较低的电导率，制约了样品的热电性能。

对Pb?sSbo?Te?Se,样品研究不同保温时间和冷却速度对热电性能的影响，研究结果表明冷却速度快保温时间短尽管可以减小热导率，但是由于因晶界散射引起的热导率的降低不足以弥补电性能降低，热电性能反而降低，所以采用缓慢冷却工艺有利于优化PbTe基材料的热电性能。

利用液氮快冷与放电等离子体烧结的方法制备PbTe-GeTe热电材料，期望利用spinodal分解形成多相纳米结构来改善材料性能。样品的电导率较高，Seebeck系数较小，最大值约为150μvK,热导率变化规律不是很明显，这与制备的复杂性有关。可以进一步改进工艺，并可对样品进行热处理，改变材料结构，还可以

进行元素掺杂，调节热电性能。

关键词：热电材料；PbTe基合金；掺杂；制备工艺；热电性能

Abstract

Ⅲ

Abstract

Thermoelectriematerialsareakindoffunctionalsemiconductorsthatcandirectlyconvertelectricalpowertoheatorconversely,withthemeritofreliabilityandnoiselessetc.Particularly,theAgand/orSbdopedPbTethermoelectricbulkmaterialshavetheadvantageoflow-costpreparationprocessandreasonablethermoelectricproperties,soastoattractmuchattentioninresearch.DopedPbTeSebasedmaterials

andGeTe-PbTebasedmaterialswereproducedandinvestigated.

PbgsSba?Tela?Se,andPbySb,Te;Se,alloyshavebeenproducedbyslowcoolinginevacuatedtubesandtheeffectsofSbsubstitutiononthePbsiteonthethermoelectricpropertieswereinvestigated.ItisnoteworthythatPby.SbasTe;Se,exhibitahighthermoelectriefigureofmerit,withthehighestZT~1.14at673K.Thisvalueisabout50%higherthanthatofthestate-of-t