1.3本文主要研究思路

作为最早被人们研究并熟知的热电材料，Bi2Te3化合物及其固溶体合金，现阶段的发展程度较其他材料更为成熟，其在室温附近时ZT值可以达到0.8，被应用于绝大部分制冷元件。但是，只有其ZT值达到2-3左右时，才能满足更广阔的工业化应用要求。

根据前期准备工作时查阅的文献资料显示，提高Bi2Te3热电性能的有效的方法其中两种为：1)材料低维化，这样可引入大量的晶界散射声子降低热导率，2)形成固溶体合金，优化载流子浓度并增加声子散射降低热导率。本文的研究思路是将这两种方法融合在一起，即制备纳米结构的Bi2Te3基热电材料并通过掺杂调控其载流子浓度、增加声子散射，两种方法协同调控材料的电学和热学性能，进而优化Bi2Te3基热电材料的热电性能。

本文分别采用低温湿化学法和机械合金法制备Bi2Te3基粉末材料，并引入杂质元素Se和Ag，运用XRD、FE-SEM等表征手段对实验所制成的Bi2Te3和掺入杂质的样品的结构、微观形貌表征并分析，最后采用真空热压技术，对部分制备的Bi2Te3基合金粉末进行压片，测试了其热电性能，并研究了掺杂Se对Bi2Te3纳米晶热电性能的影响。主要研究内容和结果如下：

实验结果显示，在掺入杂质Se后，在室温下样品与Bi2Te3相比其电阻率增加，增幅82%左右，在500K时样品与Bi2Te3相比其塞贝克系数的绝对值增加，增加了7μV/K，在室温下样品与Bi2Te3相比其功率因子降低，下降了43%左右，在室温下样品与Bi2Te3相比热导率降低，降低45.6%左右，在500K时，样品与Bi2Te3相比其ZT值增加，增幅54%。实验结果表明，通过在Te位掺杂Se可以显著提高Bi2Te3纳米晶的热电性能。

通过对两组样品的XRD和SEM结果的分析，发现Ag已经取代Bi掺入到Te的晶格中。但是由于Ag的共价半径小于Bi，所以导致晶格产生畸变，导致晶面间距变小。

 2. Se掺杂对Bi2Te3纳米晶微结构及热电性能的影响

2.1材料的制备和分析方法

本实验使用的是水溶液法来制备所需样品。以氯化铋(BiCl3)，碲粉(Te)，锡粉(Se)作为前驱体原料，以预热至75℃的去离子水作为溶剂，NaBH4作为还原剂，乙二胺四乙酸(EDTA)为表面活性剂，NaOH为酸碱调节剂。用电子天平分别称取20mmol的BiCl3(AR)粉末，30mmol的Te，再称取3.5gNaOH和NaBH4以及2g的乙二胺四乙酸(EDTA)。先将BiCl3(AR)，Te粉，乙二胺四乙酸(EDTA)放入装有800ml预热至75℃的去离子水的大烧杯中，然后将NaOH和NaBH4依次加入反应体系中（确保还原剂NaBH4要最后加入），以此调节反应体系的pH呈碱性并还原Te。之后将装有该溶剂的烧杯中放入磁石并置于磁力搅拌机上反应10h，在接下来的时间里，保持75℃的水温恒定不变并持续搅拌反应物。同时要注意搅拌速率不可过快，防止反应物溅出。直至溶剂被基本蒸发干后，关闭磁力加热搅拌器停止搅拌并将烧杯取出。待溶液冷却后对溶液进行抽滤，并反复用去离子水和无水乙醇清洗使粉末PH值在7左右，然后将粉末置于60℃的真空干燥箱中6h，得到干燥的黑色粉末。之后将粉末放入石墨模具用放电等离子烧结炉对粉末进行烧结，烧结在真空环境中进行，温度为450℃，压力为45MPa，保温时间为5min，烧结炉的升降温速率都为373kmin-1。烧结后会得到直径为2cm，厚度为2mm的小圆片。按上述实验步骤再称取26mmol的Te粉和4mmol的Se粉，其他原料质量保持不变，重复以上工艺即可制备本次实验所需掺有Se的化学计量比为Bi2Te2.6Se0.4纳米晶块体。最后我们用线切割方法把压结的块体材料切割成尺寸2×2×10mm的长条和2×2×10的正方体用于热电性能测试。