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纳米结构碲化铋合金的制备及电热输运特性

张忻 马旭颐 张飞鹏 武鹏旭 路清梅 刘燕琴 张久兴

纳米结构碲化铋合金的制备及电热输运特性

张忻, 马旭颐, 张飞鹏, 武鹏旭, 路清梅, 刘燕琴, 张久兴
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  • 采用惰性气体保护蒸发-冷凝法制备了纳米Bi及Te粉末, 结合机械合金化和放电等离子烧结技术, 在不同烧结温度下制备出了单一物相且具有纳米层状结构及孪晶亚结构的n型Bi2Te3块体材料, 并系统研究了块体材料的晶粒尺度、微结构及其对电热传输特性的影响. SEM, TEM分析结果表明, 以纳米粉末为原料, 通过有效控制工艺条件, 可以制备出具有纳米层状结构Bi2Te3合金块体材料, 同时纳米层状结构中存在孪晶亚结构; 热电性能测试结果表明, 具有纳米层状结构及孪晶亚结构的块体试样与粗晶材料相比, 热导率大幅度降低, 在423 K附近, 热导率由粗晶材料的1.80 W/mK降至1.19 W/mK, 晶格热导率从1.16 W/mK降至0.61 W/mK, 表明纳米层状结构与孪晶亚结构共存, 有利于进一步提高声子散射, 降低晶格热导率. 其中在693 K放电等离子烧结后的试样于423K附近取得最大值的无量纲热电优值(ZT), 达到0.74.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50801002 ), 北京市自然科学基金(批准号: 2112007)及北京市属高校人才强教计划资助项目(批准号: PHR20110812)资助的课题.
    [1]

    Ahmed S A, Ibrahim E M M, Saleh S A 2006 J. App. Phys. A: Mater. Sci. Pro. 85 177

    [2]

    Liu W S, Zhang B P, Li J F, Liu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 465 (in Chinese) [刘玮书, 张波萍, 李敬锋, 刘静 2006 物理学报 55 465]

    [3]

    CuieJ L, Xiu W J, Mao L D, Ying P Z, Jiang J, Qian X 2007 J. Solid Sotae Chem. 180 1159

    [4]

    Ferhat M, Brun G, Tedenac J C, Nouaoura M, Lassabatere L 1996 J. Ciyst. Growth 167 122

    [5]

    Wang S Y, Xie W J, Li H, Tang X F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8927 (in Chinese) [王善禹, 谢文杰, 李涵, 唐新峰 2010 物理学报 59 8927]

    [6]

    Zhao X B, Ji X H, Zhang Y H, Zhu T J, Tu J P, Zhang X B 2005 Appl. Phys. Lett. 86 062111

    [7]

    Tang X F, Xie W J, Li H, Zhao W Y, Zhang Q J 2007 Appl. Phys. Lett. 90 012102

    [8]

    Zhang X, Lu Q M, Wang L 2010 J. Electr. Mater, 39 1413

    [9]

    Song X Y, Zhang J X, Yue M 2006 Adv. Mater. 18 1210

    [10]

    Jiang J, Chen L D, Bai S Q 2005 Mater. Sci. Eng. B 117 334

    [11]

    Zhang X, Zhang J X, Lu Q M, Liu Y Q 2005 J. Japan. Metals 69 497

    [12]

    Caillat H, Borshchevsky A, Fleurial J P 1996 J. Appl. Phys. 80 4442

    [13]

    Poudel B, Hao Q, Ma Y 2008 Science 320 634

  • [1]

    Ahmed S A, Ibrahim E M M, Saleh S A 2006 J. App. Phys. A: Mater. Sci. Pro. 85 177

    [2]

    Liu W S, Zhang B P, Li J F, Liu J 2006 Acta Phys. Sin. 55 465 (in Chinese) [刘玮书, 张波萍, 李敬锋, 刘静 2006 物理学报 55 465]

    [3]

    CuieJ L, Xiu W J, Mao L D, Ying P Z, Jiang J, Qian X 2007 J. Solid Sotae Chem. 180 1159

    [4]

    Ferhat M, Brun G, Tedenac J C, Nouaoura M, Lassabatere L 1996 J. Ciyst. Growth 167 122

    [5]

    Wang S Y, Xie W J, Li H, Tang X F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8927 (in Chinese) [王善禹, 谢文杰, 李涵, 唐新峰 2010 物理学报 59 8927]

    [6]

    Zhao X B, Ji X H, Zhang Y H, Zhu T J, Tu J P, Zhang X B 2005 Appl. Phys. Lett. 86 062111

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    Song X Y, Zhang J X, Yue M 2006 Adv. Mater. 18 1210

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    Jiang J, Chen L D, Bai S Q 2005 Mater. Sci. Eng. B 117 334

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    Zhang X, Zhang J X, Lu Q M, Liu Y Q 2005 J. Japan. Metals 69 497

    [12]

    Caillat H, Borshchevsky A, Fleurial J P 1996 J. Appl. Phys. 80 4442

    [13]

    Poudel B, Hao Q, Ma Y 2008 Science 320 634

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-05-13
  • 修回日期:  2011-06-21
  • 刊出日期:  2012-02-05

纳米结构碲化铋合金的制备及电热输运特性

  • 1. 北京工业大学材料学院 新型功能材料教育部重点实验室, 北京 100124
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 50801002 ), 北京市自然科学基金(批准号: 2112007)及北京市属高校人才强教计划资助项目(批准号: PHR20110812)资助的课题.

摘要: 采用惰性气体保护蒸发-冷凝法制备了纳米Bi及Te粉末, 结合机械合金化和放电等离子烧结技术, 在不同烧结温度下制备出了单一物相且具有纳米层状结构及孪晶亚结构的n型Bi2Te3块体材料, 并系统研究了块体材料的晶粒尺度、微结构及其对电热传输特性的影响. SEM, TEM分析结果表明, 以纳米粉末为原料, 通过有效控制工艺条件, 可以制备出具有纳米层状结构Bi2Te3合金块体材料, 同时纳米层状结构中存在孪晶亚结构; 热电性能测试结果表明, 具有纳米层状结构及孪晶亚结构的块体试样与粗晶材料相比, 热导率大幅度降低, 在423 K附近, 热导率由粗晶材料的1.80 W/mK降至1.19 W/mK, 晶格热导率从1.16 W/mK降至0.61 W/mK, 表明纳米层状结构与孪晶亚结构共存, 有利于进一步提高声子散射, 降低晶格热导率. 其中在693 K放电等离子烧结后的试样于423K附近取得最大值的无量纲热电优值(ZT), 达到0.74.

English Abstract

参考文献 (13)

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