学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

纳米级Bi2Te3粉体的制备及其烧结性能研究

作　者: 陈晓宗
导　师: 王连军
学　校: 东华大学
专　业: 材料加工
关键词: 碲化铋基化合物 冷冻研磨 放电等离子体烧结 纳米结构 热电性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 54次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的功能材料,在温差发电和热电制冷等领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。碲化铋基合金是目前室温附近性能最佳也是研究最早的热电转换材料,在微电子、计算机以及航天等诸多领域已广泛用于局部制冷与温度控制。纳米热电材料由于其热导率的降低比电导率的降低更为显著,可以使热电性能会得到显著提高,所以纳米热电材料成为目前热电材料研究领域的热点之一。本文采用了一种新的超低温机械冷冻研磨法,以市售Bi2Te3晶体为原料制备得到纳米级Bi2Te3粉体,相对于传统机械球磨,冷冻研磨的超低温研究特性,可以制备超细均匀的纳米晶粒。用XRD、TEM等手段对研磨粉体进行物相和微观形貌结构分析,研究了Bi2Te3晶粒在研磨过程中粒子的破碎机制。最后采用放电等离子烧结技术,对纳米级Bi2Te3粉体进行烧结,利用FE-SEM对块体材料进行形貌表征,并测试块体材料的热电性能,研究烧结工艺以及微观形貌对热电性能的影响。主要研究内容如下：1、通过调节最佳的冷冻研磨参数研磨Bi2Te3晶体材料,进一步研究不同冷冻研磨时间下Bi2Te3粒子的物相和微观形貌变化过程,找到在超低温条件下最合适的研磨时间,制备出不发生相变和分解的平均粒径在10-15nm的纳米级Bi2Te3粉体。2、以相同原料采用高能球磨制备Bi2Te3粉体,分别对比两种研磨条件下不同研磨时间段粉体的微结构变化过程,研究液氮条件下超低温研磨过程制备纳米级Bi2Te3粉体的微观物理过程。3、尝试通过对冷冻研磨后Bi2Te3粉体进行烧结实验,初步探索发现360℃的保温温度更有利于冷冻研磨的纳米级Bi2Te3粉体的烧结,进一步结合SEM形貌分析研究表明,过低温度不易烧结致密,而过高温度会发生形貌转变不利于热电性能,而在330-360℃保温温度下形成有利于热电性能的大小晶格匹配结构。4、考虑到大小晶粒匹配结构可以在更大的波长范围内散射声子,大幅度的降低材料晶格热导率的特点。本论文通过合适的烧结参数制备不同保温温度下的Bi2Te3块体材料,系统地研究了保温温度对微观形貌的影响以及微观形貌变化对热电性能的影响,发现在330℃和360℃保温下样品的晶格热导率分别达到0.245W/mK和0.264W/mK,这基本已经接近理论最小晶格热导率。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 文献综述  11-29
  1.1 引言  11-12
  1.2 热电效应的基本原理  12-14
    1.2.1 塞贝克效应  12-13
    1.2.2 帕尔帖效应  13
    1.2.3 汤姆逊效应  13-14
    1.2.4 热电效应的评价  14
  1.3 热电的输运特性  14-17
    1.3.1 载流子传输特性  15-17
    1.3.2 声子传输特性  17
  1.4 热电材料的发展历程  17-21
    1.4.1 PGEC型热电材料  18-20
    1.4.2 低维热电材料和准晶材料  20-21
  1.5 碲化铋基合金的研究进展  21-26
    1.5.1 Bi_2Te_3的成分优化  23-24
    1.5.2 Bi_2Te_3的结构优化  24-25
    1.5.3 Bi_2Te_3的合成优化  25
    1.5.4 Bi_2Te_3的成型优化  25-26
  1.6 冷冻研磨在材料科学中应用  26-28
  1.7 本论文的选题意义  28-29
第二章 实验方法  29-38
  2.1 样品的制备  29-33
    2.1.1 粉体的制备  29-32
    2.1.2 块体的制备  32-33
  2.2 样品的表征  33-38
    2.2.1 物相和形貌表征  33
    2.2.2 材料的性能表征  33-38
第三章 N型Bi_2Te_3基纳米级粉体的制备  38-48
  3.1 引言  38
  3.2 纳米级粉体材料的制备  38-40
  3.3 超低温条件下Bi_2Te_3粉体的研磨特性  40-46
    3.3.1 传统研磨下Bi_2Te_3粉体的变化过程  40-43
    3.3.2 冷冻研磨下Bi_2Te_3粉体的变化过程  43-46
  3.4 两步破碎模型的建立  46-47
  3.5 小结  47-48
第四章 N型Bi_2Te_3烧结材料的热电性能  48-67
  4.1 引言  48-51
  4.2 纳米晶块体材料的制备  51
  4.3 烧结过程的研究  51-56
  4.4 纳米晶热电材料的微观形貌  56-58
  4.5 纳米晶热电材料的热电性能研究  58-66
  4.6 小结  66-67
第五章 总结论  67-69
  主要获得以下结论  67-68
  展望  68-69
参考文献  69-76
附录 攻读硕士期间发表的论文及专利  76-77
致谢  77-78

相似论文

  1. 稀土元素掺杂Ca3Co4O9与Ag复合材料的制备及热电性能,TQ174.1
  2. 溶胶—凝胶AAO模板法制备ITO准一维纳米结构,TB383.1
  3. 纳米结构聚苯胺的制备、表征及生物医学方面的应用,TB383.1
  4. 微/纳米结构聚苯胺及其复合材料的制备和表征,TB383.1
  5. 形貌调控的Bi2S3基纳米晶光催化剂合成及性能研究,TB383.1
  6. 有序纳米孔炭膜的制备及表征,TB383.2
  7. 纳米PbTe高压下热电性能研究,O469
  8. 热压印纳米结构在化学纤维结构显色上的应用和研究,TS190.1
  9. 形貌可控ZnS材料的水热/溶剂热法制备,TB383.1
  10. 第二相引入对方钴矿热电性能的影响,TB34
  11. 脉冲激光液相烧蚀法制备多种PbS纳米结构,TB383.1
  12. 有机酸控制合成聚苯胺纳/微米结构,TB383.1
  13. 助烧剂对LaCoO_3陶瓷烧结性能及热电性能的影响,TQ174.651
  14. ZnO纳米棒和荷叶状纳米结构的溶液法可控制备及其性能,TB383.1
  15. 纳米结构Fe_3O_4的制备与物性研究,TB383.1
  16. 多孔氧化铝模板的一维无机纳米材料的组装及性能研究,TB383.1
  17. ZnO超疏水结构的微纳米制造及润湿性研究,TB383.1
  18. 硅、银纳米线的制备及硅纳米线热电性能分析,TB383.1
  19. 化学气相沉积法制备GaN相关的纳米材料,TB383.1
  20. 三氧化钨气敏机理的密度泛函研究,O614.613

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
© 2012 www.xueweilunwen.com