摘要
热电材料可将热能与电能直接转换而无需运动部件和工作介质，不排放任何有害物质，可以用于热电制冷和废热发电，其具有的绿色、环保优势使得其未来具有广阔应用前景。目前，室温附近最好、唯一商业化的N型Bi2Te2.7Se0.3合金的热电优值一般小于1,不能满足大规模应用要求。因此，探索如何大幅提升其热电性能具有重要研究意义和应用价值。故此，本论文通过复合纳米聚合物粒子对声子产生散射以及利用无机/有机界面势对载流子产生能量过滤等措施来有效提升n型Bi2Te27Se0.3合金的热电性能。论文取得的主要研究结果如下: (1)制备了 Bi2Te2.7Se0.3 (基)/导电聚苯胺(PANI)纳米粒子复合体系并研究了其热电性能。结果表明，PANI与Bi2Te2.7Se0.3之间的界面势垒会引发能量过滤效应，使得热电势S增强。另外，复合体系的晶格热导率κL显著降低;分析表明复合体系中的PANI粒子以及相界面增强了声子散射。最终，在Bi2Te2.7Se0.3/1.5 wt.％ PANI复合体系中获得最大ZT=1.22 (345 K),相比BTS增大了约42％。 (2)制备了 Bi2Te2.7Se0.3 (基)/导电聚吡咯(PPy)纳米粒子复合体系并对其热电性能进行了研究。结果表明，由于添加的聚合物粒子以及相界面对声子的强烈散射，复合体系的κL显著降低。添加2.0 wt.％PPy的复合样品在300K时κL低至 0.26 W·m-1·K-1,比 BTS 基体下降了 57％。最终，在 Bi2Te2.7Se0.3/0.5 wt.％PPy样品中取得最大ZT=1.19 (375K),平均ZT值为1.09 (300-500K),分别比BTS基体提高了约34％和30％。 (3)首先制备了 BTS/x wt.％AgBi3S5 (x=0.0、1.5和2.0)纳米复合体系并研究了其热电性能。结果表明，复合AgBi3S5可以显著提升复合体系的S,从而维持较高的功率因子PF。在此基础上，我们选择性能较好的BTS/1.5wt.％AgBi3S5复合样品作为基体，再复合PPy纳米粒子。结果显示，双复合体系依然能维持较高的PF值，这是因为S的显著提升弥补了电阻率ρ的增加。另外，PPy和AgBi3S5纳米粒子以及相界面强烈散射声子，从而显著降低Bi2Te2.7Se0.3的κL。最终，含1.5wt.％AgBi3S5 和 0.5 wt.％ PPy 的复合样品的 ZTmax 值达到 1.30 (348 K),比BTS基体大了 46％。
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