Bi2Te2S基化合物的制备、结构和热电性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

当前,非常重视环保节约型社会的建设。但是,大量化石燃料使用导致了严峻的环境污染,从而对于人类社会造成了极大的困扰,并且使得能源缺乏的问题变得日益严峻。这样就对人类社会的发展提出了巨大的挑战,因此,响应国家节能减排的要求来研究清洁能源变得愈发重要。

热电材料作为环境友好型的新能源材料,它具有体积小、质量轻、无污染、稳定性好等优点。同时,热电材料也可以制造成为余热回收装置,从而将余热直接转化为电能,这样不仅有利于节能,而且对于减排的贡献也很大。

传统的热电材料(例如,PbTe基化合物),因为含有毒性较大重金属元素Pb,所以其发展受到一定的制约。出于安全使用方面的考虑,我将进行的实验研究拟采用在性能稳定方面表现更好的Bi2Te3基化合物来制备热电元件。这里还有另外一个方面的问题需考虑,这就是元素Te在地壳中的含量极少,因此其价格十分昂贵,这也是本研究需要考虑的成本问题。为此,本实验研究力图使用S来取代Te(即,我想制备Bi2Te3-xSx系列热电材料来降低成本),并且,对其性能来做合理的评估。

热电材料被用于热电转换技术之中。热电转换技术的本质是利用热电材料的热电效应来实现热能和电能之间的直接转换。热电效应是温差引起的电效应和电流引起的可逆热效应之总称。利用热电效应能够实现电能与热能之间直接转化,热电效应具体包括 Seebeck效应、Peltier效应与Thomson效应。

就这三个热电效应而言,Seebeck效应是由德国物理学家T. J. Seebeck在1821年发现的[1],其原理是:在由两种不同材料A和B构成的闭合回路中,当AB两个接头处存在温差ΔT时,就会在开口处产生相应的电势差Vab。当温差较小时,温差电动势Vab的大小与温差ΔT呈线性关系,即这时的VabT为常数,该常数是由材料本身的性质决定的,并且与温度有关,被称为Seebeck系数αab

Seebeck效应的逆效应是Peltier效应。该效应是由法国钟表匠J. Pelier在1834年发现的[2]。其原理是:当电流流经由两个不同导体连接而构成的回路时,其中的一个接头会产生吸热现象,另一个接头则会相应地放热。并且,当电流方向改变时,吸热接头与放热接头也会互换。

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