一種BiAgSeTe基熱電材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種BiAgSeTe基熱電材料及其制備方法，該材料組分以純度為99.99%的Bi、Ag、Se及Te單質(zhì)粉體為原料，以低溫固溶技術(shù)結(jié)合放電等離子燒結(jié)制備出BiAgSeTe基高性能熱電塊體材料。本發(fā)明方案能夠簡(jiǎn)便、快捷的制備出BiAgSeTe基塊體熱電材料，通過(guò)優(yōu)化本材料中元素的配比及工藝參數(shù)可以顯著提高材料的熱電功率因子，基本不增加材料的熱導(dǎo)率的基礎(chǔ)上，提高材料的熱電性能等優(yōu)點(diǎn)。BiAgSeTe基材料是一種非常有潛力的熱電轉(zhuǎn)換材料。
【專利說(shuō)明】-種Bi AgSeTe基熱電材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種BiAgSeTe基熱電材料及其制備方法，屬于能源材料【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類對(duì)環(huán)境友好可再生能源的追求，半導(dǎo)體發(fā)電及制冷應(yīng)用研究將會(huì)使熱電 轉(zhuǎn)換材料微器件對(duì)整個(gè)社會(huì)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的意義，符合人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn) 略。無(wú)論是熱電發(fā)電，還是熱電制冷的應(yīng)用，都離不開(kāi)高的發(fā)電和制冷效率，決定其效率的 關(guān)鍵因素是材料的熱電性能高低。熱電材料的性能一般通過(guò)無(wú)量綱熱電優(yōu)值ZT來(lái)表示（ZT = α2〇Τ/κ，其中α、σ、Κ、Τ分別代表材料的Seebeck系數(shù)、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和絕對(duì)溫度， 其中α 2σ為熱電性能中的功率因子）。因此好的熱電材料應(yīng)該具有高的Seebeck系數(shù)和 低的電阻率、低的熱導(dǎo)率以及高的功率因子。目前，提高材料熱電性能的方式主要有摻雜改 性、成分控制、組織結(jié)構(gòu)控制等，在提高材料功率因子的情況下，相對(duì)不增加熱導(dǎo)率，從而提 高材料的熱電性能。同時(shí)開(kāi)發(fā)新型多元熱電材料及工藝合成也是目前熱電材料研究重點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明技術(shù)方案是在研究Bi - Te二元化合物Bi2Te3及其摻雜改性化合物基礎(chǔ)上 衍生的多元化合物作為熱電材料過(guò)程中提出的，提供了一種BiAgSeTe基熱電材料及其制 備方法，BiAgSeTe基熱電材料未見(jiàn)國(guó)內(nèi)外相關(guān)報(bào)道，BiAgSeTe基熱電材料的立方結(jié)構(gòu)決定 了它具有較低的熱導(dǎo)率，其電學(xué)性能相對(duì)差些，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的Se與Te原子配比可以有效 調(diào)節(jié)該材料的載流子濃度，提高其電學(xué)傳輸性能，將有利于提高其熱電性能。另外，通過(guò)對(duì) 該材料合成工藝的控制，對(duì)優(yōu)化材料的性能也起到非常重要的作用。BiAgSeTe基熱電材料 中，由于Bi、Se和Te金屬的熔點(diǎn)低原因，合成過(guò)程中極易生成第二相，增加晶介電阻，不利 于本材料體系的熱電性能提高，本發(fā)明技術(shù)方案主要采用低溫退火使低熔點(diǎn)金屬Bi、Se和 Te等元素固熔，嚴(yán)格調(diào)節(jié)控制Se、Te原子比，然后通過(guò)低溫固熔結(jié)合放電等離子燒結(jié)，在優(yōu) 化材料熱電功率因子的同時(shí)，相對(duì)不增加熱導(dǎo)率，從而達(dá)到提高該材料體系熱電性能的效 果。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明技術(shù)方案提出了一種BiAgSeTe基熱電材料，其特征在：該材料的化學(xué)通式 為：BiAgS ei_xTe1+x，X 的取值范圍為-0· 05 ?0· 05。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)方案還提出了 一種制備所述BiAgSeTe基熱電材料的方法，其特征在 于：以純度為99. 99%的Bi、Ag、Se及Te單質(zhì)粉體為原料，按化學(xué)通式的配比稱量，用瑪瑙 碾缽使原料混合均勻，壓制成塊體放入真空干燥箱內(nèi)，干燥溫度為200°C，處理時(shí)間為48h， 然后將塊體躓碎后放入不銹鋼球磨罐，加入無(wú)水乙醇在400rpm下濕磨12小時(shí)，無(wú)水乙醇 的加入量為塊體體積的5?10倍，然后把磨好的粉體放入60°C真空風(fēng)箱內(nèi)干燥24小時(shí)， 干燥后的粉體放入石墨模具內(nèi)，通過(guò)放電等離子燒結(jié)成塊體材料，燒結(jié)過(guò)程中，升溫速度為 80°C?150°C /min，燒結(jié)溫度為450°C，壓力為30Mpa?60Mpa，保溫時(shí)間3?6分鐘，即可 獲得BiAgSeTe基熱電材料。
[0007] 按化學(xué)通式的配比稱量原料時(shí)，X的取值為0、0. 002、0. 004、0. 008、0. 01、0. 02、 0· 03、0· 04 或（λ 05。
[0008] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明技術(shù)方案能夠精確、簡(jiǎn)潔的制備出一種不同Se、Te原子 配比的BiAgSeTe基塊體熱電材料。解決熱電性能優(yōu)化過(guò)程中，電學(xué)性能與熱傳輸性能參數(shù) 變化的矛盾性，整體提高材料的熱電性能。通過(guò)低溫固熔，精確控制各個(gè)元素的配比含量， 使得在合成塊體材料在放電等離子燒結(jié)過(guò)程中能夠調(diào)節(jié)Se、Te原子比，調(diào)控載流子濃度， 在提高電學(xué)性能的基礎(chǔ)上相對(duì)的不增加熱導(dǎo)率，提高BiAgSeTe基材料的功率因子。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為實(shí)施例1中工藝合成的BiAgSeTe基熱電材料塊體的XRD ;
[0010] 圖2為實(shí)施例1中工藝合成的BiAgSeTe基熱電材料塊體的SEM ;

【具體實(shí)施方式】
[0011] 以下將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步地說(shuō)詳述：
[0012] 以純度為99. 99 %的Bi、Ag、Se及Te單質(zhì)粉體為原料，按化學(xué)通式BiAgSei_xTe1+x (X 的取值范圍為-〇. 05?0. 05)的配比稱量，如表1所示。
[0013] 表1 BiAgSeTe基熱電材料原料組分及配比
[0014]

【權(quán)利要求】
1. 一種BiAgSeTe基熱電材料，其特征在：該材料的化學(xué)通式為：BiAgSei_ xTe1+x，x的取 值范圍為-0. 05?0. 05。
2. 制備權(quán)利要求1所述BiAgSeTe基熱電材料的方法，其特征在于：以純度為99. 99% 的Bi、Ag、Se及Te單質(zhì)粉體為原料，按化學(xué)通式的配比稱量，用瑪瑙碾缽使原料混合均勻， 壓制成塊體放入真空干燥箱內(nèi)，干燥溫度為200°C，處理時(shí)間為48h，然后將塊體躓碎后放 入不銹鋼球磨罐，加入無(wú)水乙醇在400rpm下濕磨12小時(shí)，無(wú)水乙醇的加入量為塊體體積的 5?10倍，然后把磨好的粉體放入60°C真空風(fēng)箱內(nèi)干燥24小時(shí)，干燥后的粉體放入石墨模 具內(nèi)，通過(guò)放電等離子燒結(jié)成塊體材料，燒結(jié)過(guò)程中，升溫速度為80°C?150°C /min，燒結(jié) 溫度為450°C，壓力為30Mpa?60Mpa，保溫時(shí)間3?6分鐘，即可獲得BiAgSeTe基熱電材 料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的BiAgSeTe基熱電材料的方法，其特征在于：按化學(xué)通式的配 比稱量原料時(shí)，X 的取值為 〇、〇· 002、0· 004、0· 008、0· 01、0· 02、0· 03、0· 04 或 0· 05。
【文檔編號(hào)】H01L35/34GK104218143SQ201410411877
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】劉勇, 田野, 成波, 劉大博 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院