热电材料作为热能与电能直接转换的媒介，在当前能源危机、自然环境恶化的情势下受到广泛关注，如何以简便、低成本的方式制备出高转换效率的热电材料成为研究的重点。在我国存在大量的汽车尾气废热及工业废热的排放，若能有效回收利用，可极大程度缓解我国的资源与环境危机。
目前，有应用价值的中温区热电材料以PbTe基材料为主，但Te元素含量稀少，价格昂贵，限制了其商业化应用。PbS与PbTe具有同晶体结构与类似的能带结构，且S地壳含量丰富，故PbS有望替代PbTe而被广泛应用，目前PbS存在电导率低、晶格热导率高等缺陷，ZT值还相对较低，并且PbS的制备以单质（Pb与S）熔炼结合放电等离子体烧结(SPS)为主，易造成环境污染且工艺苛刻，针对这些问题，本文做了如下研究:
(1)以可溶性盐为原料，通过水热合成快捷简便地制备了粒度均匀的立方相PbS基粉末，结合微波烧结技术成功制备出晶粒尺寸800nm左右，致密度接近90％的PbS基热电材料。未采用易引起环境污染的Pb单质，以及将微波烧结引入热电材料制备是本文的创新之处。
(2)制备了Pb位Bi3+掺杂n型Pb1-xBixS(x=0，0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.5)系列材料，研究结果表明，Bi3+掺杂并未产生第二相，掺杂后电导率有明显提升，组成为Pb0.995Bi0.05S的样品室温电导率为640S cm-1，相比未掺杂样品提高了20倍，功率因子(PF)在630K时取得最大值8.77μW cm-1 K-2，800K时热导率最小，为0.7W m-1K-1，最终Pb0.995Bi0.005S样品在800K时获得最大ZT值0.86，相比未掺杂的PbS样品提高了5倍。
(3)制备了S位Cl-掺杂n型PbS1-xClx(x=0，0.05，0.1，0.15，0.2，0.25，0.5)系列材料，发现Cl-掺杂PbS基热电材料同样为单相，掺杂后电导率亦有很大提升，PbS0.98Cl0.02组成的样品室温电导率最高，为447S cm-1，比未掺杂PbS样品提高了10倍，并于673K时取得最大PF值14μW cm-1 K-2，最终配比PbS0.985Cl0.015的样品在800K时取得最大ZT值1.13。
- 作 者：
- 史荣娜
- 学科专业：
- 材料工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 天津理工大学
- 导师姓名：
- 杜学丽
- 学位年度：
- 2016
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
