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纳米PbTe高压下热电性能研究
作 者: 张向国
导 师: 丁泽军;张增明
学 校: 中国科学技术大学
专 业: 凝聚态物理
关键词: PbTe 热电性能 热电材料 纳米 高压下 热电动势 液压机 第一性原理计算 压力标定 功率因子 电气控制系统 制备方法 相变点 塞头 高压物理 基本物性 thermoelectric 能带理论 热电偶测量 电阻变化
分类号: O469
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
本论文主要研究了纳米PbTe材料高压下的热电性能。利用400t四柱双缸液压机和自组建的测量装置测量了纳米PbTe的电导率和热电动势随压力的变化。结果表明,电导率随压力的增加而增大,而热电动势随压力的增加而减小,电导率的增加弥补了热电动势的减小,计算得到功率因子随压力的增加而增加。同时尝试利用热电的能带理论分析解释这种变化的原因。另外,通过第一性原理对材料的能带进行了计算,结果表明,两者吻合较好。最后,总结了论文的创新之处和对测试系统的改进展望。绪论部分回顾了高压物理的发展历史和常用的高压测试方法以及热电材料的基本性质和分类。首先讲述了高压物理的发展进程。其次介绍活塞圆筒和金刚石对顶砧下基本物性测量方法。再次给出了热电材料的三个基本性能以及表征热电材料优劣参数–热电优质ZT。第二章主要介绍400t四柱双缸液压机的历史、维修、调试和压力标定和高压下热电材料的研究进展。首先对400t四柱双缸大压机的历史做一介绍,其次详细描述大压机油路系统、电气控制系统的原理,接着给出大压机加压、卸压过程和压力标定等部分恢复和调试的详细步骤。其中重点讲述了一种高压定标所用Bi丝制备的新方法–毛细玻璃管吸附法、关键设备–电极塞头的装配、电气控制系统的改进、自我摸索的一套标准操作流程和高压下热电材料的研究历史。第三章介绍纳米PbTe热电材料的制备、高压下热电性能、第一性原理对费米面的计算等。首先讲述了在400t四柱双缸大压机下测量材料热电性能遇到的问题和解决的办法。其次详细介绍了纳米PbTe材料的水浴制备方法。再次给出了高压下的测量结果。结果表面,电导率随压力的增加呈指数级增加,而热电动势随压力的增加线形减小,材料的功率因子随压力的增加而增加。在0.8GPa下,增幅达到3倍;同时利用热电理论,预计材料相变前,功率因子的增幅能够达到30倍之多。最后,利用第一性原理计算了材料简约费米能级随压力的变化并同热电理论的结果作一比较,吻合较好。第四章总结了本论文的创新之处并对下一步的工作作出了展望。
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全文目录
致谢 3-7 摘要 7-8 Abstract 8-10 第1章 绪论 10-23 1.1 高压物理 10-17 1.1.1 高压物理的历史 10-14 1.1.2 高压下物性变化 14-15 1.1.3 高压物理实验技术 15 1.1.4 高压下的物性测量 15-17 1.1.4.1 活塞圆筒下的物性测量 15-16 1.1.4.2 金刚石对顶砧下的物性测量 16-17 1.2 热电材料 17-22 1.2.1 热电材料简介 17-20 1.2.1.1 基本效应 18-19 1.2.1.2 热电材料的性能描述 19-20 1.2.2 热电材料分类 20-22 1.2.2.1 钴酸盐氧化物类热电材料 21 1.2.2.2 半导体合金热电材料 21 1.2.2.3 Skutterudite类热电材料 21 1.2.2.4 梯度结构热电材料 21-22 1.3 本章小结 22-23 1.3.1 高压物理 22 1.3.2 热电材料 22-23 第2章 大高压机器的维护 23-51 2.1 大高压机器简介 23-27 2.1.1 大高压的历史 23-24 2.1.2 大高压机实物与剖面图 24-25 2.1.3 大高压机上完成的工作 25-27 2.2 关键设备的装配 27-29 2.2.1 Bridgeman 密封组件 27 2.2.2 电极塞头 27-29 2.3 油路系统和电气控制系统 29-35 2.3.1 油路系统 29-31 2.3.2 电气控制系统 31-34 2.3.2.1 电气系统概述 31-33 2.3.2.2 电气系统的改进 33-34 2.3.3 加压过程 34 2.3.4 卸压过程 34-35 2.3.5 回程过程 35 2.4 压力定标 35-42 2.4.1 Bi丝的制备方法 35-38 2.4.1.1 传统方法 36-37 2.4.1.2 毛细玻璃管吸附法 37-38 2.4.1.3 几种方法的比较 38 2.4.2 高压下的压力定标 38-42 2.4.2.1 锰铜压力计的制作 40 2.4.2.2 锰铜压力计的标定方法 40-42 2.5 获得高压的操作 42-44 2.5.1 首次加压流程 42-43 2.5.2 此后加压流程 43-44 2.6 压机恢复 44-46 2.6.1 锰铜丝的标定 44-45 2.6.2 上缸载荷和压力的关系 45 2.6.3 下缸载荷和压力的关系 45-46 2.7 高压下热电材料的性能研究 46-50 2.8 本章小结 50-51 第3章 高压下材料的热电性能 51-63 3.1 高压下热电性能测量系统 51-55 3.1.1 高压下热电性能测量简介 51-52 3.1.2 测量中遇到的问题 52-53 3.1.3 高压测量系统 53-55 3.1.3.1 样品的处理 53 3.1.3.2 加热单元 53 3.1.3.3 装配 53-54 3.1.3.4 高压下数据的测量 54-55 3.2 纳米PbTe高压下热电性能 55-62 3.2.1 纳米PbTe制备方法 55 3.2.2 纳米PbTe的结构和形貌表征 55-56 3.2.3 纳米PbTe高压下热电性能 56-57 3.2.3.1 电导率和压力关系 56-57 3.2.3.2 热电动势和压力关系 57 3.2.3.3 功率因子和压力关系 57 3.2.4 结果分析 57-60 3.2.5 第一性原理计算PbTe简约费米能级 60-62 3.3 本章小结 62-63 第4章 总结 63-65 4.1 压机调试和维护 63 4.2 高压下热电材料测量 63 4.3 热电材料高压下性能展望 63-65 参考文献 65-66
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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 凝聚态物理学
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