溶液法加工、表面工程化多晶CdSe-SnSe，表现出低热导率

本课题组致力于开发用于能源相关应用的材料，重点研究能量存储和热电转换。我们采用纳米晶体作为构建微观材料的结构单元或前驱体，并研究纳米晶体向功能固体转变的过程，旨在通过理解和调控纳米尺度特征所带来的性能，从而提升材料性能。特别是对于热电材料，我们的研究重点在于缺陷调控。

通过溶液法加工制备热电材料面临诸多挑战：其一，由于纳米颗粒具有较高的比表面积，易发生氧化；其二，工艺复杂导致可重复性差；其三，存在挥发性组分，影响材料稳定性。解决并深入理解这些挑战对于提升热电材料在实际应用中的效率至关重要。

我们的研究通过精细调控纳米颗粒的特性及其排列方式，推进了低成本溶液法制备热电材料的解决方案。我们正在揭示从纳米颗粒合成到最终致密化整个过程中的化学机制，目前的研究重点是表面物种或吸附物如何影响材料的微观结构，进而影响其性能。通过采用溶液法表面工程化颗粒，我们显著提升了热电性能并实现了材料的致密化，通过调控微观结构和引入缺陷，大幅降低了热导率。

这种方法还具有优势，因为它使用廉价的前体材料、低温条件，并且我们以水作为溶剂。我们发现某些分子会在颗粒表面吸附，从而抑制晶粒生长。目前，我们正试图根据表面物种的组成、化学稳定性及其键合性质，系统地阐明不同表面物种如何影响微观结构，进而影响传输性能。

首先，将氩气通入置于装有热锡溶液的三颈烧瓶上方的分液漏斗中，持续五分钟。取下装有硒溶液的烧瓶上的橡胶隔垫，通过分液漏斗将该溶液转移至锡溶液中。将混合物加热至101摄氏度，并搅拌两小时。

将烧瓶放入水浴中并持续搅拌。待混合物冷却后，将烧瓶从施伦克线转移至圆底烧瓶支架上。静置五分钟待其沉淀后，倒出600毫升上清液。

将剩余的粗提液分入四个离心管中，离心后弃去上清液。弃去上清液后，用40毫升去离子水涡旋振荡各管中的内容物。随后，将混合物置于超声水浴中超声处理五分钟。

然后涡旋并再次离心。接着用40毫升乙醇洗涤沉淀物。第六次洗涤后，将试管置于真空干燥器中至少12小时。

沉淀物干燥后，将试管转移至充满氮气的手套箱中。使用玛瑙研钵和研杵将硒化锡颗粒研磨成细粉。取四克粉末转移至20毫升小瓶中。

将制备好的镉-硒甲酰胺混合物加入该小瓶中，持续搅拌48小时。为纯化表面处理的镉-硒颗粒，离心混合物并弃去上清液。然后加入40毫升无水乙醇。

弃去上清液后，将经镉-硒处理的颗粒置于真空干燥器中干燥12小时。然后在手套箱中将干燥后的粉末研磨成细粉。开始操作时，打开管式炉的进气和出气阀门，使混合气体能够流经炉体的石英管。

然后打开管的一端，将含有经表面处理的硒化镉颗粒的小瓶放入管的中部。设置炉子的温度程序，以每分钟10摄氏度的速率升温至500摄氏度，在该温度下保持一小时，随后自然冷却至室温。

退火完成后，在手套箱中研磨粉末。将石墨柱塞插入模具至一半深度。将两个石墨垫片平整地压在柱塞上。

取出插入的芯杆后，将半制备好的模具放入手套箱中。现在使用称量纸将粉末装入模具内。取出插入的芯杆后，将剩余的两个石墨片置于粉末上方。

然后将剩余的茎段放置在圆盘上。将模具从手套箱中取出。使用冷压机压缩粉末，直至完成的模具总高度约为83毫米。

将制备好的模具置于SPS仪器载物台的中心位置。降低上电极以固定模具，然后插入热电偶。

将上部电极设置为Z轴控制，持续向下移动，并在关闭腔室后施加真空。当真空计达到最低压力时，打开皮拉尼真空计。10分钟后，在500摄氏度下施加47兆帕的轴向压力，持续5分钟，并将SPS的温度和压力控制设置为自动模式。

在软件中启动测量。监测压力和Z轴。然后按下居中按钮以开始固结。

将Z轴设为停止步进，并将温度和压力设为手动控制。接下来，从通气室的插入口中取出热电偶。在测量软件中，点击“设置DAQ”。输入样品名称及其尺寸参数。

然后按“确定”。将样品置于电极之间，并在样品条和电极之间放置石墨纸。将热电偶与样品接触，但用石墨纸隔开。

调整直至探头与金属杆接触，然后将旋钮再旋转半圈。使用软件测量探头之间的距离，并在“设置DAQ”（Set Up DAQ）软件界面中输入该数值。将耳道式 suscepter 置于样品上方，并插入热电偶。

关闭炉膛并抽真空10分钟。进行探针测试后，点击控制器选项卡，然后选择温度程序，设置加热循环从30摄氏度升至500摄氏度，冷却速率从500摄氏度降至30摄氏度，速率为每分钟20摄氏度。按下启动按钮开始测量。

为进行热扩散率测量的样品制备，将装有石墨涂层样品的样品架装入分析仪的样品仓中。填充液氮储罐以冷却检测器。在对分析仪腔体抽真空后，输入样品名称和厚度。

现在加载一个从 30 到 500 摄氏度、升温速率为每分钟 10 摄氏度的预设温度程序，每 50 摄氏度测量一次。打开激光器后，进行激光打孔测试。将放大器充电至 200，然后按下启动按钮。

将模式更改为自动模式，然后按开始按钮以开始测量。最后关闭激光器，并从通气室中取出样品。使用给定的公式计算导热系数。

合成了纯相的硒化锡颗粒。这些颗粒呈多分散性，形状不一，尺寸介于50纳米至200纳米之间。SPS促进了晶粒生长，得到的压坯相对密度超过90%。