Ge1-xMnxTe热电材料的结构及其热电性能开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着科学技术的日新月异和信息产业的逐步成熟，能源问题和环境问题在全球范围内受到了科技工作者和各国政府的广泛关注，由于煤、石油、天然气等化石燃料的逐年骤减和世界对新能源需求的逐年剧增，大力开发新能源和对可再生能源的循环利用，己经成为人类所要面临的新问题。热电材料作为一种无污染的绿色能源材料，己越来越多地引起人们的关注。热电材料是一种利用热电效应实现热能和电能直接转换的功能材料，它们在太空探测、汽车尾气发电、制冷、恒温控制以及温度测量等领域都有重要的应用^[1,2]。但是，由于转化效率低和成本较高等问题，热电材料的应用市场化受到了限制。基于热电材料的热电器件转化效率在很大程度上取决于热电材料的性能，因此，开发出高效的热电材料及其制备方法对于热电技术的发展和应用尤为重要^[3]。

1821年，德国科学家seebeck首先报道了seebeck效应。seebeck效应是热能转化为电能的现象。当两个不同的导体两端相接组成一个闭合回路时，如果两个接头处于不同的温度，闭合回路中会有电流流过，称为温差电流，这闭合回路就组成了温差电偶。1833年，法国科学家peltire发现了peltire效应，与seebeck效应相反，peltire效应是把电能直接转化为热能的现象。当两个不同的导体连通后通入电流，在接头处会有发热和吸热现象。1850年，thomson发现并建立了seebeck效应和peltire效应之间的关系，并预言了thomson效应的存在，即当存在温度梯度的均匀导体中通有电流时，导体中除产生和电阻有关的焦耳热外，还要吸收或者放出热量^[4]。

由几种n型和p型导电元件串联组成的半导体温差发电器(teg)作为一种纯固态设备，可以按照seebeck效应把热流部分地转变成电流。如上文所述，这种器件广泛应用的门槛在于热电材料的低转换效率，转换效率由无量纲zt值表示，可根据以下公式计算：

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：本实验拟采用熔融退火法制备单相ge_1-xmn_xte（x=0-0.2）热电材料及掺杂in、bi的ge_1-xmn_xte；

材料表征：对制得的热电材料以xrd、fe-sem、tg-dsc、zem-3、lfa-457、hrtem等手段分析材料的形貌、物相组成、电导率、seebeck系数、热导率、热容，最终得到材料的zt值和稳定性结论。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-6周：按照设计方案，制备掺杂ge_1-xmn_xte化合物热电材料。

第7-12周：采用xrd、fe-sem、tg-dsc、zem-3、lfa-457、hrtem等测试技术对材料的物相、显微结构、热电性能进行测试。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 霍凤萍,吴荣归,徐桂英,牛四通. 热压制备（agsbte₂）_100-x（gete）_x合金的热电性能[j]. 物理学报. 2012(08)

[2] 李洪涛,朱志秀,吴益文,吴晓红,周辉,华沂,孙明星,宿太超,季诚昌. 热电材料的应用和研究进展[j]. 材料导报. 2012(15)

[3] 雷晓波. p型bi_xsb_2-xte₃与sb_xge_1-xte合金热电性能的研究[d].四川：西华大学，2014: 1