熱電材料及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，并且更具體地，涉及具有優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能的熱電轉(zhuǎn)換材料、其制造方法及其用途。
[0002]本申請(qǐng)要求在韓國(guó)于2013年10月17日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2013-0124050號(hào)、于2014年6月9日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2014-0069532號(hào)和于2014年9月30日提交的韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2014-0131799號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過(guò)引用并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]化合物半導(dǎo)體是由至少兩種元素構(gòu)成而不是由一種元素例如硅或鍺構(gòu)成并且用作半導(dǎo)體的化合物?，F(xiàn)已經(jīng)開發(fā)出各種類型的化合物半導(dǎo)體并且目前正用于工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。通常，化合物半導(dǎo)體可以用于利用珀?duì)柼?yīng)(Peltier Effect)的熱電轉(zhuǎn)換元件、利用光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)的發(fā)光器件(例如，發(fā)光二極管或激光二極管)、燃料電池等。
[0004]具體地，熱電轉(zhuǎn)換元件用于熱電轉(zhuǎn)換發(fā)電或熱電轉(zhuǎn)換冷卻應(yīng)用，并且通常包括串聯(lián)電連接和并聯(lián)熱連接的N型熱電半導(dǎo)體和P型熱電半導(dǎo)體。熱電轉(zhuǎn)換發(fā)電是利用通過(guò)在熱電轉(zhuǎn)換元件中產(chǎn)生溫差所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)而將熱能轉(zhuǎn)換為電能來(lái)發(fā)電的方法。另外，熱電轉(zhuǎn)換冷卻是利用當(dāng)直流電流經(jīng)熱電轉(zhuǎn)換元件的兩端時(shí)，在熱電轉(zhuǎn)換元件的兩端之間產(chǎn)生溫差的效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為熱能而產(chǎn)生冷卻的方法。
[0005]熱電轉(zhuǎn)換元件的能量轉(zhuǎn)換效率通常取決于熱電轉(zhuǎn)換材料的性能指標(biāo)值或ZT。在此，ZT可以基于塞貝克系數(shù)、電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率來(lái)確定，并且隨著ZT值增加，熱電轉(zhuǎn)換材料的性能更好。
[0006]至今，已經(jīng)提出了多種熱電轉(zhuǎn)換材料，但基本上沒有熱電轉(zhuǎn)換性能足夠高的熱電轉(zhuǎn)換材料。特別是，熱電轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用于越來(lái)越多的領(lǐng)域，并且溫度條件可以根據(jù)其應(yīng)用領(lǐng)域而變化。然而，由于熱電轉(zhuǎn)換材料可根據(jù)溫度而具有不同的熱電轉(zhuǎn)換性能，所以各熱電轉(zhuǎn)換材料需要具有適合于其應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)優(yōu)化的熱電轉(zhuǎn)換性能。然而，還沒有提出針對(duì)各種溫度范圍和寬的溫度范圍具有最優(yōu)的性能的熱電轉(zhuǎn)換材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問(wèn)題
[0008]因此，設(shè)計(jì)本公開內(nèi)容以解決上述問(wèn)題，因此，本公開內(nèi)容旨在提供在寬的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)異熱電轉(zhuǎn)換性能的熱電材料、其制造方法及其用途。
[0009]可以根據(jù)下面的詳細(xì)描述理解本公開內(nèi)容的這些和其他的目的和優(yōu)點(diǎn)，并且根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方案，本公開內(nèi)容的這些和其他的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得更加完全明顯。另外，將容易理解的是，本公開內(nèi)容的目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)在所附的權(quán)利要求中所示的手段及其組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0010]技術(shù)方案
[0011]在對(duì)熱電材料進(jìn)行反復(fù)研究之后，本公開內(nèi)容的發(fā)明人已經(jīng)成功地合成了新型熱電材料，并且發(fā)現(xiàn)該熱電轉(zhuǎn)換材料可具有優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能。
[0012]根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電材料包括具有Cu和Se的基質(zhì);含Cu顆粒；以及含Ag結(jié)構(gòu)。
[0013]在此，含Cu顆粒可以是納米顆粒。
[0014]此外，含Ag結(jié)構(gòu)可以是具有微米尺寸的結(jié)構(gòu)。
[0015]此外，基質(zhì)可以包括多個(gè)由Cu和Se構(gòu)成的晶粒以及多個(gè)由Cu、Ag和Se構(gòu)成的晶粒。
[0016]此外，含Cu顆?？梢晕挥诨|(zhì)的晶界處。
[0017]此外，根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電材料可以由以下化學(xué)式I來(lái)表示。
[0018]〈化學(xué)式1>
[0019]Cu2AgxSe
[0020]在化學(xué)式I中，0〈x<0.6。
[0021 ] 此外，在化學(xué)式I中，X可以滿足0.025 < X的條件。
[0022]此外，在化學(xué)式I中，X可以滿足K0.2的條件。
[0023]此外，在化學(xué)式I中，X可以滿足K0.1的條件。
[0024]此外，在化學(xué)式I中，X可以滿足X ^ 0.075的條件。
[0025]另一方面，本公開內(nèi)容還提供了一種用于制造熱電材料的方法，該方法包括通過(guò)根據(jù)化學(xué)式I對(duì)Cu、Ag和Se進(jìn)行稱重并且混合來(lái)形成混合物；以及對(duì)該混合物進(jìn)行熱處理以合成由化學(xué)式I表示的化合物。
[0026]在此，根據(jù)本公開內(nèi)容的用于制造熱電材料的方法還可以包括在進(jìn)行化合物形成步驟之后，對(duì)該化合物進(jìn)行加壓燒結(jié)。
[0027]此外，可以借助熱壓或放電等離子體燒結(jié)進(jìn)行加壓燒結(jié)步驟。
[0028]此外，在加壓燒結(jié)步驟中，可以將化合物研磨成粉末并且進(jìn)行加壓燒結(jié)。
[0029]此外，在混合物形成步驟中，可以將粉末形式的Cu、Ag和Se混合。
[0030]另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電轉(zhuǎn)換元件包括根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電材料。
[0031]另外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的熱電發(fā)電機(jī)包括根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電材料。
[0032]有益效果
[0033]根據(jù)本公開內(nèi)容，可以提供具有優(yōu)異的熱電轉(zhuǎn)換性能的熱電材料。
[0034]具體地，根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面的熱電材料可以在200°C至600°C的寬的溫度范圍內(nèi)具有低的熱擴(kuò)散率、高的塞貝克系數(shù)和高的ZT值。
[0035]因此，根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電材料可以替代常規(guī)的熱電材料，或者可以用作與常規(guī)的熱電材料結(jié)合的另一材料。
[0036]此外，與現(xiàn)有的熱電材料相比，根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電材料可以在600°C的溫度下，更進(jìn)一步在約200°C的低溫下保持高ZT值。因此，在用于發(fā)電的熱電裝置中使用時(shí)，根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電材料即使暴露于相對(duì)低的溫度下，該材料也可以確保穩(wěn)定的熱電轉(zhuǎn)換性會(huì)K。
[0037]另外，根據(jù)本公開內(nèi)容的熱電材料可以用于太陽(yáng)能電池、紅外(IR)窗、IR傳感器、磁設(shè)備、存儲(chǔ)器等。
【附圖說(shuō)明】
[0038]附圖示出了本公開內(nèi)容的優(yōu)選實(shí)施方案，并且與前述公開內(nèi)容一起用于提供對(duì)本公開內(nèi)容的技術(shù)精神的進(jìn)一步理解，因而，不應(yīng)將本公開內(nèi)容解釋為限于附圖。
[0039]圖1是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的若干實(shí)施方案的熱電材料的XRD分析結(jié)果的圖。
[0040]圖2是不出圖1的部分A的放大狀態(tài)的圖。
[0041 ]圖3至圖5是不出根據(jù)本公開內(nèi)容的若干實(shí)施方案的熱電材料的掃描離子顯微鏡(sno照片。
[0042]圖6和圖7是分別示出圖5的部分Al和部分A2的EDS分析結(jié)果的圖。
[0043]圖8是用于示意性示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方案的制造熱電材料的方法的流程圖。
[0044]圖9是比較性示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例以及比較例制備的熱電材料的溫度的熱擴(kuò)散率測(cè)量結(jié)果的圖。
[0045]圖10是比較性示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例以及比較例制備的熱電材料的溫度的塞貝克系數(shù)測(cè)量結(jié)果的圖。
[0046]圖11是比較性示出根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施例以及比較例制備的熱電材料的溫度的ZT值測(cè)量結(jié)果的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下文中，將參照附圖對(duì)本公開內(nèi)容的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。在描述之前，應(yīng)該理解的是，在說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為一般含義和字典的含義，而是基于發(fā)明人能夠適當(dāng)?shù)囟x該術(shù)語(yǔ)以獲得最佳解釋的原則，根據(jù)對(duì)應(yīng)于本公開內(nèi)容的技術(shù)方面的含義和概念進(jìn)行解釋。
[0048]因此，本文所提出的描述恰好是僅用于示例目的的優(yōu)