XRD分析和所示分别为Bi2Te3材料球磨175h和Bi0.5Sb1.5Te3材料球磨315h的X射线衍射谱。与标准卡片比较明,Bi2Te3材料在球磨175h后全部合金化,Bi0.5Sb1.5Te3材料在球磨315h后全部合金化。文献<9>报道了用真空高能球磨机在干磨情况下只需球磨20min即可合金化Bi2Te3材料和球磨10h即可合金化Bi0.5Sb1.5Te3材料。而本实验在球磨过程中采用石油醚作为液态保护介质,使球磨能量大大下降,从而延长了合金化的时间。
热电性能分析在本实验中,烧结样的电导率一方面受到试样致密度不同的影响,另一方面还受到载流子浓度不同的影响。前者是烧结温度不同造成的,后者可能是在烧结过程中由于Bi元素熔点(271e)较低而存在的挥发问题所引起的。
不同烧结温度下Bi2Te3试样的电导率随温度变化的关系。从中可看出在温度较低时,电导率随温度升高而降低,这是因为载流子受晶格振动散射作用随温度升高而增强所致。在400K左右电导率达到极小值,之后,由于本征激发显著,电导率随温度升高而增大。从中还可看出560e烧结样的电导率值较480e烧结样的高,这是因为:尽管560e烧结样中Bi元素的挥发量大于480e烧结样的,但由于其烧结温度较高,试样致密度较大且其对电导率的影响超过了因挥发而引起的载流子浓度下降的影响,因此560e烧结样的电导率较高。
试样的电导率与温度的关系。电导率总的变化趋势仍是先随温度增加而降低,达到极小值后随温度的进一步升高而增加。从中可看出560e烧结样的电导率值高于480e和400e烧结样的相应值,似乎再次证明了烧结温度越高,电导率越高。同时也可发现480e烧结样和400e烧结样存在着反常,即高温(480e)烧结样的电导率稍低于低温(400e)烧结样的电导率,其原因可能是480e烧结样的Bi元素挥发量超过了400e烧结样,导致试样中载流子浓度下降,此时由于烧结温度较低,试样并未致密化,因而载流子浓度对电导率的影响稍稍超过了试样致密度对电导率的影响。对于560e烧结样电导率的解释同,即尽管560e烧结样中Bi元素的挥发量更大,但其较高的烧结温度对试样致密度的影响显然起了主导作用。
试样的Seebeck系数随温度的变化关系。由可见,Seebeck系数为正,明其为P型,这可能是因为在烧结过程中,尽管有Bi元素的挥发,但由于过量Sb元素起到主要的受主掺杂作用,因而烧结样仍保持P型。实验数据明,3种烧结样中,560e烧结样的Seebeck系数最低,400e烧结样的居中,480e烧结样的Seebeck系数最高,这与电导率的变化规律正好相反,因为随着电导率的升高,载流子浓度增加,由Seebeck系数的物理意义可知Seebeck系数将减小。