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【熱電材料】等離子體輔助球磨法合成的p型Bi0.4Sb1.6Te3+x的高熱電性能
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今天分享一篇熱電材料的最新研究成果，工藝很新穎，大家需要英文原文的私信我郵箱，并發(fā)送221130，讓我知道您是要哪一篇文章 一段話了解全文 通過(guò)等離子體輔助球磨的簡(jiǎn)單合成方法制備了p-Bi2Te3塊狀材料，與傳統(tǒng)的球磨法相比，該方法得到了更多的納米粉末，更高的面內(nèi)紋理和更高的效率，有利于同時(shí)改善電和熱性能。當(dāng)與Te液體燒結(jié)相結(jié)合時(shí)，行程納米/微尺度的分層孔，載流子的遷移率也得到了提高，在300K時(shí)，熱導(dǎo)率為0.52W·m-1·K-1，高功率因子為43.4μW·cm-1·K-2。該方法也可用于制備其他熱電材料。 樣品的合成和制備 混合原料裝入不銹鋼罐中，球料比為30:1，在100Pa的氬氣環(huán)境中以1300rpm的速度研磨6小時(shí)。得到的粉末通過(guò)熱壓（HP）被壓縮成10毫米的圓柱體。 圖1 樣品的準(zhǔn)備和制造示意圖 微觀結(jié)構(gòu)分析 高活性的離子、電子、受激原子和分子、自由基等高活性粒子可以吸附在基體表面，粉末活性增加，合成效率的提高。通過(guò)等離子球磨合成Bi0.4Sb1.6Te3的純相比普通球磨減少14%的時(shí)間。PBM也可以產(chǎn)生具有高溫的微區(qū)。由于等離子體轟擊粉末表面后迅速升溫，PBM也能產(chǎn)生高溫的微區(qū)。轟擊粉末表面后迅速升溫，從而實(shí)現(xiàn)"熔融-熱爆-淬滅"的粉末回火機(jī)制。因此，通過(guò)PBM獲得的粉末是與未經(jīng)等離子體處理的BM相比，PBM獲得的粉末明顯更細(xì)。大密度和高能量的等離子體轟擊對(duì)粉末表面有強(qiáng)烈的影響和加熱作用，導(dǎo)致局部蒸發(fā)或熔化，當(dāng)遇到其他較低的粉末顆粒時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生濺射行為，這對(duì)實(shí)現(xiàn)低熱導(dǎo)率是有益的。 圖2 不同時(shí)間合成的Bi0.4Sb1.6Te3的PXRD圖案：（a）球磨 （b）等離子體輔助球磨 ；Bi0.4Sb1.6Te3粉末的SEM形貌：(c)球磨 (d)等離子體球磨 圖3 球磨和等離子體球磨的熱壓樣品的EBSD：（a）球磨 （b）等離子球磨的EBSD反極圖（IPF）貼圖。（c）球磨和（d）等離子球磨的晶粒大小分布 （e）球磨和（f）等離子球磨的極點(diǎn) PBM對(duì)粉末表面的高度活化有效地誘導(dǎo)了晶粒內(nèi)部的納米/微米級(jí)的分層孔隙，可以通過(guò)增加Te的數(shù)量而進(jìn)一步豐富。這種多孔的微觀結(jié)構(gòu)有利于增加界面聲子散射的和減少晶格熱導(dǎo)率。此外，散裝樣品的相對(duì)密度隨著Te的增加而降低。因?yàn)槎嘤嗟腡e已經(jīng)液化并被排出，在HP過(guò)程中留下了大量的內(nèi)部空隙。 圖3 球磨和等離子體球磨的熱壓樣品的EBSD：（a）球磨 （b）等離子球磨的EBSD反極圖（IPF）貼圖。（c）球磨和（d）等離子球磨的晶粒大小分布 （e）球磨和（f）等離子球磨的極點(diǎn) 過(guò)量的Te導(dǎo)致產(chǎn)生更多的陽(yáng)離子空位，使空穴載流子濃度從2.0X1019增加2.6X1019 cm-3。Te的液相可以促進(jìn)晶粒尺寸的增長(zhǎng)，再加上PBM稍微改善的面內(nèi)紋理，導(dǎo)致載流子遷移率提高17%。電導(dǎo)率從BM- Bi0.4Sb1.6Te3的700S/cm（x=0）到PBM-Bi0.4Sb1.6Te3.31050S/cm。PBM-Bi0.4Sb1.6Te3.3在300K時(shí)達(dá)到43.4μW·cm-1·K的高功率因子。 圖5 (a)遷移率的溫度依賴性 (b)電導(dǎo)率 (c)塞貝克系數(shù)和(d)熱壓Bi0.4Sb1.6Te3+x（x=0、0.15和0.3）的功率因子 由于PBM和過(guò)剩的Te燒結(jié)，流動(dòng)性得到了有效的改善，這是因?yàn)镋def從13.4eV降低到10.4eV。晶粒大小和(00l)的紋理增加。減少Edef有利于改善PF。 圖6 (a)塞貝克系數(shù)，(b)載流子遷移率和(c)PF的電子濃度依賴性 當(dāng)添加過(guò)量的Te時(shí)，總熱導(dǎo)率有輕微的增加，這是由于電子熱導(dǎo)率的增加。PBM方法和Te含量的增加最終導(dǎo)致kL下降，這與從微觀結(jié)構(gòu)推斷的結(jié)果一致。最終獲得了0.52 W/mK的低kL。比用BM+SPS制備的相同成分的0.65W/mK低得多。 圖7 (a)熱導(dǎo)率 (b)電子熱導(dǎo)率 (c)晶格熱導(dǎo)率 (d)雙極熱導(dǎo)率對(duì)溫度的依賴性 結(jié)論 作為一種新的方法，PBM不僅具有粉末精煉和微結(jié)構(gòu)制造的優(yōu)勢(shì)，而且可以提高粉末表面的活性。充分利用這種方法來(lái)合成其他著名的熱釋光材料，以進(jìn)一步提高其熱釋光性能。 以上結(jié)論來(lái)自于 High Thermoelectric Performance of p-Type Bi0.4Sb1.6Te3+x Synthesized by Plasma-Assisted Ball Milling |
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2022-12-01 08:38
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