【摘要】：發(fā)展可再生能源是我國一項既定國策,也是保證經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵,以熱電材料為核心的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)可不依靠任何外力將“熱”與“電”兩種不同形態(tài)的能量直接轉(zhuǎn)換,備受科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。碲化鉍和硒化鉍是一類非常重要的熱電材料,一直受到廣泛的研究。大量實驗已經(jīng)明該類材料的納米化有助于提高其熱電性能,因而合成碲化鉍和硒化鐮納米材料成為研究關(guān)鍵。因此,我們的工作主要以碲化鉍和硒化鉍為研究對象,對其可控生長和形貌演化進(jìn)行研究,探索了影響最終生成物形貌的各種因素,獲得形貌規(guī)則、尺寸均勻的單晶六邊形碲化鉍納米片、硒化鉍納米片、BiTe納米管等三種納米材料,并對他們進(jìn)行了性能測試和分析。本文主要研究結(jié)果如下：1、利用溶荊熱法,通過研究宏規(guī)實驗條件(反應(yīng)溫度、NaOH濃度、表面活性劑等因素)對最終生成物形貌優(yōu)化,分析了碲化鉍納米片生長機(jī)理,實現(xiàn)了其可控生長,獲得了形貌規(guī)則、尺寸均勻、單分散性好的單晶六邊形碲化鉍納米片,并對碲化鉍納米片熱壓塊體的熱電性能進(jìn)行測試,其電導(dǎo)率σ和賽貝克系數(shù)S均優(yōu)于粉體材料。2、在溶劑熱法中,優(yōu)化鉍源,用Bi2O3代替BiCl3,實現(xiàn)了碲化鉍納米片可控制備,并顯著縮短了反應(yīng)時間(從36 h縮短到7 h),研究了納米片形貌隨反應(yīng)時間的演化規(guī)律,實驗發(fā)現(xiàn)碲化鉍納米片的形貌經(jīng)歷三種形態(tài);“晷”形貌、納米片形貌、銅錢”形貌,提出了其生長遵循自我修復(fù)的生長機(jī)制;并對納米片熱壓塊體的熱電性能進(jìn)行測試,其電導(dǎo)率σ和賽貝克系數(shù)S又得到了有效提升。3、采用溶劑熱法,優(yōu)化硒源,用SeO2代替TeO2,獲得了形貌規(guī)廁、尺寸均勻、單分散性好的硒化鉍納米片,實現(xiàn)了其可控生長,分析了反應(yīng)溫度、NaOH濃度、表面活性劑等因素對最終生成物形貌優(yōu)化,通過分析納米片形貌隨表面活性劑PVP的演化,闡述了硒化鉍納米片生長機(jī)理。在83-603 K范圍,對單片硒化鉍納米片進(jìn)行了變溫拉曼散射測試,計算出A1g1,Eg2,A1g2乙模的溫度系數(shù)Xi,其具有較低的溫度系數(shù),可望有效降低熱導(dǎo)率和提高熱電優(yōu)值(ZT),并表明硒化鉍納米片是優(yōu)良熱電納米材料。4、為了進(jìn)一步提高ZT值,我們繼續(xù)優(yōu)化生長條件,首次成功制備了形貌規(guī)則、尺寸均勻的單晶BiTe納米管,研究了表面活性劑因素PVP對最終生成物形貌的影響,證明了表面活性劑因素PVP在合成單晶BiTe納米管是不可或缺的條件;在103 K-593 K范圍,BiTe納米管進(jìn)行了變溫拉曼散射測試,計算了Eg1,A1g1,Eg2,A1g2模的溫度系數(shù)Xi,該值降低了幾個數(shù)量級,這樣低溫系數(shù)有利于獲得較高的ZT值,表明BiTe納米管有望成為理想熱電材料的候選者。
【圖文】：

源消耗量比２１世紀(jì)初全球能源消耗量將增加４４％［１］，不可再生的化石逡逑能源（石油，煤炭，天然氣）等是目前最主要的能源來源，它們卻正面逡逑臨著枯竭的困境，如圖１．１中所示，石油和天然氣的全球總儲量將未來逡逑幾十年內(nèi)被用完。可以說，能源危機(jī)已成為本世紀(jì)科學(xué)家迫在眉睫急需逡逑．邐解決的難題之一。目前而言，解決能源危機(jī)主要兩個途徑：１．加快對可逡逑再生清潔能源開發(fā)和利用進(jìn)程，如水能、風(fēng)能、太陽能的大規(guī)模開發(fā)利逡逑用，并且研究高效的儲能電池，比如，超級電容器、高效電池、燃料電逡逑池等［２］；邋２．提高現(xiàn)有化石能源使用效率，從利用率上做文章，比如開發(fā)逡逑高轉(zhuǎn)換率的內(nèi)燃＆，還有就是把化石能源燃燒產(chǎn)生的廢熱利用起來，變逡逑廢為寶。目前，，全球絕大部分動力還是內(nèi)燃機(jī)燃燒不可再生資源釋放出逡逑熱能轉(zhuǎn)變成的動力

每個碲化鉍晶胞由三個基本單元組成，每個基本單元是由Ｂｉ原子逡逑和Ｔｅ原子按Ｔｅ（ｌ）－Ｂｉ－Ｔｅ（２）－Ｂｉ－Ｔｅ（ｌ）的順序一層一層構(gòu)成，我們將這樣一逡逑個基本單元稱為ＱＬ（ＱｕｉｎｔｕｐｌｅＬａｙｅｒ），如圖１．２中紅色方框內(nèi)所示。之所逡逑以區(qū)分Ｔｅ（ｌ）原子和Ｔｅ（２）原子，是因為每個ＱＬ內(nèi)部，Ｂｉ和Ｔｅ原子間逡逑是共價鍵結(jié)合；而每個ＱＬ之間，是Ｔｅ（ｌ）原子和Ｔｅ（ｌ）原子之間由范德逡逑瓦耳斯力結(jié)合。所以在每個ＱＬ中間的Ｔｅ（２）原子和ＱＬ兩側(cè)的Ｔｅ（ｌ）不逡逑
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TQ135.32

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本文編號：2651944