熔體狀態(tài)及LiCl摻雜對BI-TE-Se系熱電材料凝固和性能的作用.pdf

1、隨著愈來愈嚴重的環(huán)境污染和能源危機，對熱電材料研發(fā)與制造的探索越來越迫切。碲化鉍(Bi2Te3)是當前室溫附近性能最佳的熱電材料，然而其熱電轉換效率相對較低，力學性能差，制約其廣泛應用。為此，新的制備方法成為熱點之一，但這類方法大多需昂貴的設備、復雜的工藝，且多處于實驗研究階段，無法大規(guī)模工業(yè)生產。基于現狀結合液固相關性的研究成果，本文以操控熔體狀態(tài)與常規(guī)凝固方法相結合的新思路，制備塊體Bi-Te-Se系熱電材料，探索了熔體狀態(tài)對其凝固

2、行為和組織、所致相關性能的影響。
　　主要內容包括:采用直流四電極法探索了Bi2Te3-xSex(x=0.3，0.45，0.6)熱電材料熔體的電阻率溫度行為（ρ-T);并在此基礎上進行凝固實驗，采用熱分析法、金相分析、XRD、SEM和EDS等表征手段研究了不同熔體狀態(tài)對Bi2Te3-xSex(x=0.3，0.45，0.6)合金凝固的影響;配合LiCl摻雜，進而探討摻雜量和熔體狀態(tài)對合金性能的影響規(guī)律。本文所取得的主要創(chuàng)新性成果和結

3、論如下:
　　1、Bi2Te3-xSex(x=0.3，0.45，0.6)合金熔體在首輪升降溫過程中ρ-T的異常行為，直觀揭示了合金熔體在首輪升溫過程中發(fā)生了由溫度誘導的不可逆液-液結構轉變(TI-LLST)現象。分析認為，該類合金TI-LLST的物理本質是，熔化后合金液中仍存在異類Bi-Te-Se型化學短程序或中程序，在一定的溫度范圍，因原有團簇結合鍵被打破，化學短程序或中程序消失，最終熔體形成新的結構狀態(tài)。
　　2、凝固熱

4、分析及組織表征揭示，Bi2Te3-xSex熱電材料熔體狀態(tài)的改變對其凝固行為和組織有明顯的正面作用:熔體結構轉變后的凝固試樣，其開始凝固時間延遲，形核和生長過冷度均增大，形核率明顯提高，凝固時間大大縮短;凝固組織均由兩相組成且明顯細化，初生相Bi2Te3-xSex板條厚度明顯減小，共晶相區(qū)域略有增加，擇優(yōu)取向減弱，晶粒分布更加均勻無序。
　　3、Bi2Te3-xSex(x=0.3，0.45，0.6)半導體材料的電學和力學性能測試結

5、果表明:LiCl對于熱電材料相當于施主摻雜，載流子濃度隨摻雜量的增大而增加，摻雜量為0.075wt.％時獲得最大功率因子;熔體結構轉變后的試樣Seebeck系數的絕對值增大，同時電阻率減小，功率因子分別提升了49.2％，48％，48.7％;熔體結構轉變后試樣的顯微硬度明顯提高。
　　綜上所述，通過對N型Bi2Te3-xSex合金熔體狀態(tài)的操控，以及合適的微量摻雜，可有效改善材料的凝固和性能，從而為熱電材料制備方法探索提供了新的視角