[发明专利]Bi3Se4纳米带及其作为热电材料的应用

说明书

（一）技术领域

本发明涉及新能源纳米材料制备领域，具体涉及一种Bi₃Se₄纳米带，其可作为热电材料应用。

（二）背景技术

热电材料，也称为温差电材料，是一种将热能和电能直接相互转换的功能材料。用热电材料制作的器件具有体积小、无噪音、无污染、无运动部件、免维护等突出优点。热电材料在温差发电和温差电致冷方面具有很重要的应用前景。热电材料的性能可以用无量纲热电品质因数ZT来估计：

ZT＝S²σT/κ

其中，S是Seebeck系数、σ是电导率、κ是热导率、T是绝对温度。ZT越大，热电材料效率越高。迄今，制约热电技术大规模应用的瓶颈是可利用的热电材料的效率都比较低。从20世纪50年代晚期直到2000年左右，热电研究领域停滞不前，热电材料的ZT值一直徘徊在1左右。直到20世纪90年代，Hicks和Dresselhaus等理论研究指出降低半导体材料的维数能够提高费米能级附近的电子态密度，从而提高功率因子。而且，纳米材料的界面可以有效散射降低热导率κ的声子，从而进一步提高ZT值。在过去的十多年里，理论和实验都表明纳米结构的半导体材料可以提高其热电性能[L.D.Hicks,M.S.Dresselhaus,Phys.Rev.B1993,47,12727;L.D.Hicks,M.S.Dresselhaus,Phys.Rev.B1993,47,16631;T.E.Humphrey，H.Linke,Phys.Rev.Lett.2005,94,096601;T.C.Harman,P.J.Taylor,M.P.Walsh,B.E.LaForge,Science2002,297,2229;B.Poudel,Q.Hao,Y.Ma et al.,Science2008,320,634.]，ZT值的进一步提高或许可通过纳米材料的更精确设计而实现。

胶体法合成纳米材料为廉价、大规模制备低维热电材料提供了便利。而且，化学合成法能够对小于10nm尺度的纳米材料的尺寸、形貌等精确控制，而这对于MBE法、球磨法等合成纳米材料是不可能的。因此，胶体法为开发强量子限制材料的热电性能开辟了道路。

V-VI族化合物（V族：Sb、Bi；VI族：S、Se、Te）由于具有有趣的热电和光电性能早已引起人们的关注。对于Bi-Se体系，依赖于不同的化学计量比，可以形成Bi₇Se₃,Bi₂Se,Bi₅Se₃,Bi₃Se₂,Bi₄Se₃,Bi₆Se₅,Bi₈Se₇,BiSe,Bi₈Se₉,Bi₆Se₇,Bi₃Se₄和Bi₂Se₃等化合物，更有意思的是，上述各相以任意比例可以形成多相态。但是，通常Bi₂Se₃相是体系中的主相。因此，对Bi₂Se₃纳米材料的制备和研究也相对较多，如采用热蒸发法、超声波共还原法、微波辅助法等、溶剂热法等。而对于其它相如Bi₃Se₄纳米材料的研究则比较少。迄今，只有Qian等报导以水合肼（N₂H₄H₂O）为溶剂、以BiCl₃和单质Se为先驱体在高压釜中合成了Bi₃Se₄纳米棒。

（三）发明内容

本发明的首要目的在于提供一种纳米带状Bi₃Se₄材料，其制备方法具有设备简单、成本低廉、绿色环保、产物性能优良等特点。

本发明的第二个目的是提供所述Bi₃Se₄纳米带作为热电材料的应用。

下面对本发明的技术方案做具体说明。