1. 研究目的与意义（文献综述）

众所周知，面对当今社会能源需求的不断扩大和化石能源的日益枯竭，社会各界对能源的高效利用以及新能源的开发表现出了极大的关注，对绿色能源的需求以及其相关技术的发展是决定再生能源有效利用的关键。全世界都在大力推动能源及消费革命，积极支持节能低碳业的发展和可再生能源产业的发展，以建设资源节约型和环境友好型社会。新能源材料是指实现新能源的利用和发展新能源技术中所需的材料，主要包括储氢材料、锂离子电池材料、太阳能电池材料以及核能材料等。其中，热电材料是一种将热能和电能进行直接相互转换的新型清洁能源技术所需的功能材料。

热电材料也称为温差材料，它是利用材料的seebeck效应和peltier效应实现热能和电能转换的功能材料。温差发电利用的是热电材料的seebeck效应，热电制冷利用的是peltier效应。热电发电和制冷技术具有结构简单、无噪音、无污染、无运动部件、免维护等突出优点。目前，热电转换技术已经成功应用于众多特殊的领域（如地球外部深层空间探测器供电和便携式电制冷等）；此外，热电材料初步成功应用于工业余热、汽车尾气等的废热发电，并体现出其潜在的巨大商用价值，如日本建立的500 w级垃圾燃烧余热发电示范系统，取得了良好的实际效果。美国已研发出大货车柴油发动机尾气废热热电发电系统，最大功率输出达1000 w。武汉理工大学与青海省合作设计建造了100kw太阳能热电-光电复合发电示范系统，复合发电系统发电效率≧22%，热电器件发电效率12-15%。

碲化铋基热电材料是世界上研究最早，也是发展最为成熟的低温热电材料。bi₂te₃的晶体结构属于菱形晶系，沿 c 轴方向层与层之间以—te—bi—te—bi—te—秩序排列。一般认为原子层内部成键方式以共价键为主，其中 te—bi 是共价键与离子键的混合键，bi—te之间是共价键，而 te—te之间是范德华力，两个相邻的 te 原子层间距为0. 25 nm。bi₂te₃晶体具有明显的各向异性，在垂直于晶体 c 轴的晶面 (001) 面，主要靠 te与te原子间的范德华力结合，作用力微弱，晶体易解理。作为室温下最常见的热电材料之一，在温差发电以及热电制冷方面的广泛应用，使得bi₂te₃被予以诸多关注，如何进一步提高其热电优值zt，已成为目前研究的重点。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

本实验拟采用熔融法结合等离子体活化烧结技术制备（pas）bi_0.5sb_1.5te₃，探索其最佳合成工艺（烧结压力、铜辊转速等）。通过比较bi_0.5sb_1.5te₃（s-ms）以及在其中掺入不同质量分数的te粉（te-ms），得出掺杂不同质量分数te粉前后的性能，初步探索te粉含量对bi_0.5sb_1.5te₃的相组成、微观结构以及热电性能的影响。通过对材料相组成、微观结构的表征和热电性能的测试来探索材料组分、微结构与热电性能之间的关系，从而达到优化材料热电性能的目的。

技术方案：

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅相关文献资料 ，了解碲化铋基材料的制备方法和性能，熟悉并掌握各种实验设备和测试设备的操作，撰写开题报告。

第3-5周：采用高纯原料，利用bi_0.5sb_1.5te₃的化学式配比制样，熔融合成，制备出bi_0.5sb_1.5te₃化合物。样品制备阶段，可在此期间利用空闲完成文献翻译。

第6-12周：通过熔融旋甩，制备丝带状样品；通过等离子体活化烧结技术，制备s-ms和te-ms。使用x射线衍射分析和场发射电子显微镜分析样品的元素和表面形貌，并通过指定仪器测试其电性能和热性能，为进一步分析热电优值zt值做准备。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王跃. 材料纳米化提高热电性能[j]. 重庆教育学院学报,2012,03:30-35.

[2]jiang j,chen l d,bai s q,et al.thermoelectric performance of p-type bl-sb-te materials prepared by spark plasma sintering.j.alloys comp.2005,390:208一21.

[3]王婵,周泽广,区煜广,高峻岭,朱冬生. 温差发电器的研究进展[j]. 电测与仪表,2010,04:40-44.