水热法制备Cu

近年来,随着化石燃料的急剧减少以及环境污染问题的恶化,开发新能源和发展能量转换技术已成为科学研究的重点。热电材料可以实现热能和电能之间的相互转化,是一种很有应用前景的新能源材料,主要应用在温差发电和电制冷方面。热电材料性能的好坏常由无量纲品质因数ZT值来决定,提高热电性能的方法有很多,其中能带工程和纳米结构是两个重要的途径。2011年,“电子晶体-声子液体”概念提出后,科研人员发现了Cu_(2-x)Se这一新型热电材料体系。本文通过水热法合成Cu_(2-x)Se纳米粉体,经热压成块状后研究其热电性能。研究发现,适量的水合肼才能制备出纯的Cu_(2-x)Se纳米粉体,Cu_(2-x)Se的晶体颗粒也随着水合肼量的增加逐渐均匀化。纯Cu_(2-x)Se纳米粉体经真空热压成块状,经历了二次生长由立方相转化为正交相,其横截面形貌出现较多的薄层片状结构。另外块体Cu_(2-x)Se的热电性能参数会受热压温度的影响,最终经973 K热压的块体Cu_(2-x)Se样品在873 K时ZT值达到0.92。另外,研究发现在高温下存在硒元素的挥发问题。氧化物热电材料具备良好的化学和热稳定性质。根据文献报道对氧化物同时进行元素掺杂和材料复合可以有效提高材料的热电性能。Bi_2Ba_2Co_2O_y、Bi_2Sr_2Co_2O_y都是热电性能较好的钴基氧化物,另外Cu_(2-x)Se、Bi_2Ba_2Co_2O_y、Bi_2Sr_2Co_2O_y都是p型热电材料。本文把水热法制备的Cu_(2-x)-x Se纳米粉体按一定的质量比混入到微米结构的Bi_2Sr_2Co_2O_y和Bi_2Ba_2Co_2O_y以及Na元素掺杂的Bi_(1.975)Na_(0.025)Ba_2Co_2O_y和Bi_(1.8)Na_(0.2)Sr_2Co_2O_y中。Cu_(2-x)Se的弥散未改变这些氧化物材料的晶格参数,却改变了它们横截面的形貌。另外Cu_(2-x)-x Se的弥散作用可以有效降低氧化物热电材料的电阻率和热导率,从而增加材料的ZT值。其中样品Bi_2Sr_2Co_2O_y+0.50wt%Cu_(2-x)Se的ZT值在873 K时比Bi_2Sr_2Co_2O_y的ZT值提高了26%,样品Bi_2Ba_2Co_2O_y+0.50wt%Cu_(2-x)Se的ZT值在873 K比Bi_2Ba_2Co_2O_y的ZT值提高了35%。样品Bi_(1.8)Na_(0.2)Sr_2Co_2O_y+0.25wt%Cu_(2-x)Se的功率因子在923 K时比Bi_2Sr_2Co_2O_y的功率因子提高了18%,样品Bi_(1.975)Na_(0.025)Ba_2Co_2O_y+0.25wt%Cu_(2-x)Se的功率因子在898 K时比Bi_2Ba_2Co_2O_y的功率因子提高了31%。