1. 研究目的与意义（文献综述）

能源和材料是人类活动的物质基础，也是整个世界发展、经济增长最基本的驱动力。

在2012年世界的能量消耗为549*1015英制热量单位（1015btu=293twh），大气中co2的含量从工业革命时的278ppm增长到了现在的480ppm [1]。

如何有效地管理热能、使全球的能量需求减少、并将余热废热直接转换为电能，人们已经追求了数十年。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容
材料制备：以高纯度的单质Te、Se、Bi为原料，按照所需的化学计量比进行称量，采用区熔法制备出相应的锭体，再在对其进行MS、PAS工艺，得到所需样品；
材料表征：对每一步工艺后的半成品及最后的样品使用XRD进行物相表征，确定为纯相后再使用SEM、EPMA进行形貌表征、成分分析，观察制备过程中物相和形貌的变化。再针对最后的成品，使用ZEM-1型热电性能测试系统进行Seebeck系数和电导率的测定；使用HL5500PC型霍尔效应测量系统测试霍尔系数和电阻率，从而得到载流子浓度和载流子迁移率；使用LFA激光导热仪测量热扩散系数，使用DSC进行比热的测量，使用Archimedes排水法测量密度，从而计算得到热导率，得到ZT值。
2.2 研究目标

1、掌握用MS-PAS制备n型碲化铋基材料的方法；

2、研究MS-PAS工艺制备的Bi2Te3与Bi2(Te2.4Se0.6)1.02三元合金的取向性及热电性能，探究合金化的效果；

3、了解MS工艺中喷射压力对材料的结构、热电性能的影响，找出最适合的喷射压力；
4、了解PAS工艺中烧结温度对材料的结构、热电性能的影响，找出最合适的烧结温度；
5、掌握与热电材料的结构、性能等相关测试方法及相关数据的处理方法；
6、分析实验数据，总结内在规律，提出提高热电材料性能的可能方法。
2.3 技术方案
1、先对玻璃管进行处理，排除杂质，将单质原料Te、Se、Bi按照化学计量称取14g Bi2Te3、15g Bi2(Te2.4Se0.6)1.02，置于玻璃管内并真空密封、熔融反应得到锭体。（这里选用1.02而非1是为了补偿一部分实验过程中易挥发的Te、Se元素）。对所得锭体采用相同工艺参数甩带、烧结，作为探究取向性和合金化性能影响的样品。
制备两份12g的Bi2(Te2.4Se0.6)1.02，封管、熔融反应成锭体，改变MS工艺中的喷射压力，这三份样品作为探究喷射压力对热电性能的影响。
制备三份12g的Bi2(Te2.4Se0.6)1.02，选择之前探究的合适喷射压力，改变样品的SPS烧结温度，作为探究适宜烧结温度的样品。
２、所有样品在MS前、MS后、PAS后都要先进行XRD测试，以确定其是否为单相，然后再进行SEM、EPMA，观察两种工艺对其形貌、组分和物相所带来的影响。
３、对每一个MS-PAS处理的样品，使用相应的测试系统和方法，进行Seebcek系数、电导率、热扩散系数、密度、比热等物理参数的测量，作图观察其Seebeck系数、电导率、功率因子、热导率、ZT值、载流子浓度的变化，总结规律并分析原因。
技术方案图示如下：

3. 研究计划与安排

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
4-5周：选择合适的烧结温度，制备出用于探究喷射压力、取向性的两组样品，合计四个，并在制备过程中进行所需的sem、epma、xrd测试，掌握其形貌、成分和物相变化；
6-7周：对各组进行了ms-pas工艺的终产物进行sem、epma和xrd测试，进行结构分析、成分分析和相分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] chu s., cui y. and liun.the path towards sustainable energy[j]. nat mater, 2016,16(1):16-22.

[2] xu z. j., hu l. p.,ying p. j., et al.enhanced thermoelectric and mechanical properties of zonemelted p-type (bi,sb)2te3 thermoelectric materials by hot deformation[j]. actamaterialia, 2015,84(385-392.

[3] 王善禹.应用于400-650k热电发电的p型和n型材料的制备及热电性能[武汉理工大学博士学位论文].武汉：武汉理工大学2012