KeyWords: thermoelectric materials;doping; Bi2Te3; nanocrystallin

目录

摘要 i

Abstract ii

目录 iii

1.热电学基本理论和研究进展 1

1.1热电材料基本理论 1

1.1.1 热电材料研究历史 1

1.1.2 热电效应及热电参数 2

1.1.3 热电材料的应用 4

1.2 Bi2Te3热电材料研究背景及现状 6

1.2.1 Bi2Te3的发展历史 6

1.2.2 Bi2Te3的纳米化 6

1.2.3 Bi2Te3纳米晶体合成进展 7

1.2.3 Bi2Te3-ySey三元合金 7

1.3本文主要研究思路 8

2. Se掺杂对Bi2Te3纳米晶微结构及热电性能的影响 10

2.1材料的制备和分析方法 10

2.2 Se掺杂对Bi2Te3纳米晶物相的影响 12

2.3 Se掺杂对Bi2Te3纳米晶形貌的影响 13

2.4 Se掺杂对Bi2Te3纳米晶热电性能的影响 16

3. Ag掺杂对Bi2Te3纳米晶物相和微结构的影响 21

3.1材料的制备方法 21

3.2 Ag掺杂对Bi2Te3纳米晶物相的影响 22

3.3 Ag掺杂对Bi2Te3纳米晶微观形貌的影响 23

4.结论 24

致谢 26

参考文献 27

1.热电学基本理论和研究进展

世界上有着众多的人口，而经济发展的基础就是能源。能源与提高人们的生活水平、发展经济建设有着密不可分的关系。如今在应对全球变暖、经济低迷、对抗雾霾的背景下，能源领域正在步入新的时代，传统能源产能过剩、污染环境、能源结构不合理等问题严峻，因此许多矛盾正在不断升级。全球各个国家对于能源的需求正在引起社会和政治的动荡，而且由于化石燃料的燃烧导致全球气候变化而引起的环境问题也越来越令人担忧[1]。提高能源可持续发展的一个重要方法是通过热电转换装置利用化石燃料所产生的余热、废热直接进行温差发电。家庭供暖设备、汽车尾气以及工业加工时所产生的大量未被使用的余热等热源能够通过应用热电材料转化为电能[2]。所以，热电材料的性能需要进一步被提升从而使其在生活里实现广泛的应用。

在众多使用新型能源的器件中，使用热电材料制成的器件可以在热电制冷、热电发电，两个方面有着特殊的应用。同时具有无噪音、无运动部件、体积小、免维护且易于控制等优点。最关键的一点，在其使用期间对环境不会产生任何形式的污染。因此，热电材料应用前景和使用价值有着可观的前景。

目前，由于热电转换的效率较低，使得利用热电材料制成的热电转换装置在与常规制冷方式和传统电源的比较中毫无优势可言，更没有办法应用在其他更多更广泛的领域之中。有报道称，10%是现在最优秀的热电材料器件的转换效率所能达到的最高值，而传统的热机的发电效率却能达到35%左右。相较之下，热电器件完全不具有优势。如果想切实地增强温差电制冷器和温差发电器对电热的转换效率，就不得不想方设法把材料的热电性能提升到更高等级。要想得到拥有更好的热电性能的热电材料，研究开发新型的热电材料是最有效和最有可能实现的途径之一。相关的科研人员与机构正将精力着重在对各类全新的热电材料寻求和开发，试图能够令热电材料的制冷和发电能力可以比传统的方式更具有竞争力。

1.1热电材料基本理论

1.1.1 热电材料研究历史

1823年，德国物理学家塞贝克(Seebeck)首次观察到，若一个完整的回路由两种不同材质的导体连接而成，而且导体在接点周围的温度不相同，那么在导体的两端就会有电压产生，这种现象就是塞贝克效应。但是在该现象被塞贝克(Seebeck)观察到之后，人们对此现象并不怎么感兴趣，所以关于该现象的研究发展较为缓慢。而在十几年后，法国科学家帕尔贴(Peltier)也观察到了和塞贝克效应相类似的现象，把一股稳定的电流通入到用两种不同的金属材料所组成的闭合回路中，那么在这两个接点当中的其中一个接点处会吸收来自外界的热量而另外一个接点则会向外界释放热量，该现象现在被称为帕尔贴效应。这两种相互之间有着联系的效应都是发生在由不一样的两种导体组成的线路中，而在1851年，英国物理学家汤姆孙(Thomson)发现了这两种效应之间存在着或多或少的关联并且在单一均匀的导体中这种现象不会消失不见，由此，他大胆并成功的预测了第三种热电现象的存在，即如果一段均匀的导体中存在着温差，同时又向其通入一股电流，那么导体中除了因为电阻的存在而存在的焦耳热之外，还会和外界进行热量互换，这种现象被称为汤姆孙效应。这三个效应结合在一起统称为热电效应，同时又称为温差电效应。1909年，德国物理学家阿特克希(Altenkirch)在塞贝克，帕尔贴，汤姆孙这些人所得到成果的基础上进一步完善了该理论[3]。温差发电和制冷效应也成为了仅使用热电偶就可以实现对温度的控制和在室温下就能实现热能和电能相互之间互换的理论基础，从而开启了人类对于热电材料这一新型材料应用的篇章。