林賽斯（上海）儀器設(shè)備有限公司
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閱讀：926發(fā)布時(shí)間：2021-10-15
【引言】
熱電裝置可以將廢棄的能源直接轉(zhuǎn)化為有用的能源電。研究人們對這些材料的興趣是因?yàn)樗鼈冊跓犭姲l(fā)電機(jī)中得到了應(yīng)用，熱電發(fā)電機(jī)可以將發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)和發(fā)電機(jī)組的廢熱轉(zhuǎn)化。熱電冷卻器，如納米器件熱點(diǎn)冷卻和帕爾貼冷卻器也利用了熱電效應(yīng)。
【成果介紹】
本文提出了一種簡單的熱化學(xué)方法，以元素鉍和硒粉為前驅(qū)體，制備高質(zhì)量的Bi2Se3納米片。通過X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜（XPS）和高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）對合成產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。用LINSEIS LSR-3測量了棒狀樣品在室溫至533K溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)率和熱功率。通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究了血小板的形態(tài)和化學(xué)合成參數(shù)；在大規(guī)模生產(chǎn)中，血小板的厚度和成分得到了很好的控制。隨后進(jìn)行放電等離子燒結(jié)（SPS）制備了n型納米結(jié)構(gòu)體熱電材料。兩個(gè)選定樣品的拉曼光譜（厚度分別為50和100nm）顯示出三種振動(dòng)模式。低厚度樣品的紅移約為2.17cm-1，面內(nèi)振動(dòng)模式E2g的展寬約為10cm-1。據(jù)我們所知，純相硒化鉍的優(yōu)值為0.41。我們觀察到金屬導(dǎo)電行為，而半導(dǎo)體行為納米硒化鉍的報(bào)道可能是由于采用不同的合成技術(shù)。這些結(jié)果清楚地表明，我們所采用的合成技術(shù)對這種材料的電子和熱電輸運(yùn)性能有著深遠(yuǎn)的影響。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1: （a） 2µm標(biāo)度下產(chǎn)品的TEM圖像，顯示燒結(jié)片材;（b） 500納米尺度下的TEM圖像，可以很好地分辨出單獨(dú)的薄片;（c） 沿（012）方向顯示d間距和生長方向的高分辨率TEM圖像;（d） 相應(yīng)的SAED圖譜顯示出菱形晶體結(jié)構(gòu)。
圖2: （a） 在600℃、2℃/min的升溫速率和2小時(shí)的反應(yīng)時(shí)間下合成Bi2Se3納米片的SEM圖像;（b） 掃描電鏡在較高的分辨率顯示平均厚度的表;（c） Bi2Se3反應(yīng)4h的SEM觀察;（d） 掃描電鏡在更高的分辨率顯示，平均厚度為100nm。
圖3: （a） 自組裝花狀Bi2Se3納米片在2℃/min升溫速率下的SEM圖像;（b） 掃描電鏡在較高的分辨率顯示平均厚度的表;（c） Bi2Se3反應(yīng)4h的SEM觀察;（d） 掃描電鏡在更高的分辨率顯示，平均厚度為50nm。
圖4: Bi2Se3納米片的（a）電導(dǎo)率和熱電功率的溫度依賴性（b）功率因數(shù)（c）熱導(dǎo)率（d）優(yōu)值ZT。
【結(jié)論】
綜上所述，我們利用Bi和Se粉末作為前驅(qū)體，通過一種簡單的技術(shù)成功地將Bi2Se3的形貌控制在50nm左右。首先，我們優(yōu)化了沒有氧化峰的參數(shù)，然后通過調(diào)節(jié)不同的參數(shù)如反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間和升溫速率來控制形貌。用XRD和HRTEM分析了產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)。對所選擇的100nm和50nm厚度的樣品進(jìn)行了拉曼光譜分析，在我們的樣品中觀察到了三種振動(dòng)模式。從50nm到100nm的拉曼峰發(fā)生了顯著的位移和展寬，表明50nm樣品中的聲子相互作用和波干涉增強(qiáng)。因此，所選樣品的溫度依賴性熱電測量顯示出增強(qiáng)的優(yōu)值。導(dǎo)電率隨溫度升高而降低，表現(xiàn)出金屬導(dǎo)電行為，這是合成工藝的結(jié)果。結(jié)果表明，該合成工藝對Bi2Se3的熱電輸運(yùn)特性有著深刻的影響，為設(shè)計(jì)高性能、低成本的熱電器件提供了依據(jù)。
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