Bi2Te3纳米片的溶剂热合成及掺杂研究

论文摘要

热电材料是一种重要的功能材料,它可以将电能与热能相互转换,用其制造的热电器件具有节约能源、对环境无污染、稳定性良好及使用寿命长等诸多优点,因此日益受到重视。Bi2Te3系热电材料是目前在室温附近性能最好的热电材料之一,但传统Bi2Te3系热电材料的热电性能并不理想,最高无量纲热电优值ZT在1左右,还达不到应用的理想值3。近年来,相关理论和实践研究均表明,将热电材料低维纳米化可显著提高其热电性能。溶剂热法是近年来新起的一种合成纳米材料的方法,合成温度低、反应时间短、产物纯度高、晶粒尺寸小,是合成纳米材料良好的方法之一。本文中即采用该方法制备出了单相的Bi2Te3纳米片,主要研究内容有：（1）选用乙二醇为溶剂,添加适量聚乙烯吡咯烷酮（PVPK-30）,在碱性环境和200℃的条件下反应260min成功制备了单相的Bi2Te3六角形纳米片。用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、光致发光谱（PL）和紫外-可见吸收光谱（U-VAS）对样品的结构、形貌和光学性质进行了表征。（2）系统研究了合成温度、反应时间、表面活性剂类型等工艺参数对样品相组成和微观形貌的影响,对体系的反应过程和样品的生长机理进行了分析,认为本实验生成Bi2Te3的反应主要以原子反应为主,Bi2Te3由于本身结构的特点,晶核的生长主要沿垂直于c轴的方向进行,易形成薄片状结构,在PVPK-30表面活性剂的作用下最终能够形成尺寸均匀的六角形片状结构。（3）尝试将材料低维纳米化的同时进行掺杂合金化,在成功制备单相Bi2Te3纳米片的基础上选择La、Y和Ce元素进行掺杂。用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对样品的结构和形貌进行了研究,结果表明原工艺条件无法成功掺入Y,而La的掺杂使样品中出现了部分屑状物质,物质具体成分待后续深入研究。将反应时间提高到280min可以成功掺入少量的Ce元素,对掺Ce的样品进行了结构和形貌表征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 热电理论
• 1.1.1 热电效应简介
• 1.1.2 热电效应的应用
• 1.1.3 热电材料的性能参数
• 1.1.4 热电材料分类
• 2Te₃热电材料及其研究进展'>1.2 Bi₂Te₃热电材料及其研究进展
• 2Te₃简介'>1.2.1 Bi₂Te₃简介
• 2Te₃的研究历史与进展'>1.2.2 Bi₂Te₃的研究历史与进展
• 1.2.3 热电材料的低维纳米化
• 2Te₃粉体'>1.3 溶剂热法合成纳米Bi₂Te₃粉体
• 1.4 本文的选题背景与研究思路
• 第2章 实验与测试
• 2.1 实验安排
• 2.1.1 实验原料及仪器
• 2.1.2 实验流程
• 2.2 样品测试
• 2.2.1 X射线衍射仪（XRD）
• 2.2.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.4 荧光分光光度计
• 2.2.5 紫外-可见-近红外分光光度计
• 2Te₃纳米片的溶剂热合成及其表征'>第3章 六角形Bi₂Te₃纳米片的溶剂热合成及其表征
• 3.1 实验与测试
• 3.1.1 制备
• 3.1.2 测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 XRD分析
• 3.2.2 SEM分析
• 3.2.3 光学性质研究
• 3.3 本章小结
• 2Te₃纳米片的溶剂热合成机理研究'>第4章 Bi₂Te₃纳米片的溶剂热合成机理研究
• 4.1 工艺参数对样品合成的影响
• 4.1.1 实验温度的影响
• 4.1.2 反应时间的影响
• 4.1.3 表面活性剂的影响
• 4.2 合成机理研究
• 4.2.1 反应过程
• 4.2.2 生长机制
• 4.3 本章小结
• 2Te₃的掺杂研究'>第5章 Bi₂Te₃的掺杂研究
• 5.1 Y元素的试掺杂
• 5.2 稀土元素（La、Ce）的掺杂研究
• 2-xLa_xTe₃的合成'>5.2.1 Bi_2-xLa_xTe₃的合成
• 1.9Ce_0.1Te₃的合成'>5.2.2 Bi_1.9Ce_0.1Te₃的合成
• 5.3 本章小结
• 第6章 全文总结
• 6.1 本文结论
• 6.2 下一步工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文