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摘 要

热电材料能实现热能和电能相互转换，它的应用对于废热利用、促进节能环保具有重要意义，而环境友好型热电材料的研究开发是热电变换技术规模化应用的前提之一。

二硫化钛（TiS₂）是一种应用前景良好的环境友好型中温热电材料，其层状结构，TiS₂有类石墨烯结构，与硫化钼结构相似。初期研究表明，该材料具有可与传统最好热电材料相媲美的功率因子，但相对较高的热导率导致其热电优值偏低。因为低维纳米材料能够使Seebeck 系数的提高，降低材料热导率的同时并保持材料的高电导率提高热电性能，所以二维纳米TiS₂成为我们关注的焦点。

本文综述了过渡金属硫化物的剥离方法，并以此探索出一种适合于硫化物的剥离工艺，成功制备出单层或薄层的TiS_2。国内外对于剥离层状硫化物TiS₂的研究尚属空白，本课题主要任务就是选择合适的剥离方法将其进行剥离，我们采用液相超声剥离法、锂离子插层法、NH₃插层法、剥离重堆法来剥离TiS_2，同时选用合适的表征方法证明TiS₂的单层或多层纳米片的产生。

关键词：TiS₂ 热电材料 低维纳米材料 制备

ABSTRACT

Thermoelectric (TE) materials can directly convert a temperature gradient into electricity and vice versa, and are expected to play an important role in waste heat harvest toward the sustainability of human society.

Titanium disulfide (TiS₂) has been paid special attentions as a promising environmentally-friendly middle-temperature thermoelectric candidate. It has a layered-structure where TiS₂ layers is type of graphene structure, similar to the structure of molybdenum sulfide.Previous researches indicated that the power factor (PF) of this material is comparable to those of the best thermoelectrics, but it has a relatively high thermal conductivity at the same time, resulting in a relatively low ZT value. Because Low-Dimensional nano materials can increase Seebeck coefficient , decrease thermal conductivity and not make Electrical conductivity,wo focus on low-dimensional TiS₂.

We summarized the delamination method of the exfoliation process suitable for TiS_2.The investigation of this topic is still blank in domestic and overseas. The main task of this topic is to preparate TiS₂,find suitable method of exfoliating that and appropriate characterization method of demonstrating the generation of single layer or multi-layer nanometer film.We adopt liquid ultrasonic exfoliation method, lithium ion intercalated method, NH₃ intercalated method, its heavy pile method to exfoliated TiS_2.

KEYWORDS: TiS₂; Thermoelectric material;Low-dimensional nanomaterials ;Preparation

目录

摘要 2

ABSTRACT 3

第一章 绪论 6

1.1 课题研究背景 6

1.2 热电材料概述 7

1.2.1 热电材料的发展史 7

1.2.2 热电转换的基本原理 7

1.2.2.1 塞贝克效应 7

1.2.2.2 珀尔帖效应 8

1.2.2.3 汤姆逊效应 8

1.2.2.3热电器件性能参数 9

1.2.3 热电材料的发展困境 9

1.3 低维热电材料 12

1.3.1低维热电材料优势 12

1.3.2低维材料研究方向 13

1.3.3TiS₂的低维化 13

1.4 本课题的研究目的和内容 15

第二章 实验方法 16

2.1液相超声法剥离TiS₂ 16

2.1.1 实验原料 16

2.1.2 实验步骤 16

2.2锂离子插层法剥离TiS₂ 16

2.2.1 实验原料 16

2.2.2 实验步骤 17

2.3NH₃插层法剥离TiS₂ 17

2.3.1 实验原料 17

2.3.2 实验步骤 17

2.4剥层重堆法剥离TiS₂ 18

2.4.1 实验原料 18

2.4.2 实验步骤 18

2.5 实验流程示意图 18

2.6 实验设备 19

第三章 TiS₂组成与微观结构分析 20

3.1液相超声法 20

3.1.1 XRD分析 20

3.1.2 原理 21

3.2锂离子插层法 22

3.2.1 XRD分析 22

3.2.2 原理 23

3.3 NH₃插层法 24

3.3.1 XRD分析 24

3.4剥离重堆法 26

3.4.1 XRD分析 26

3.4.2 TiS₂ 夹层化合物的夹层机理 28

第四章 结论 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

能源是现代社会快速发展的基石，人类文明进步离不开它的支撑 ^[1]。改革开放后，我国经济高速增长，从而带来了对能源需求的大幅度增加。开放至今，传统能源（如煤、石油、天然气等）已不能满足经济高速发展对能源的需求，开发新能源用以代替传统能源已迫在眉睫。

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