[發明專利]納米級P－型Bi2Te3基復合熱電材料的制備方法

無效

• 申請號: 200710171804.8
• 申請日: 2007-12-06
• 公開（公告）號: CN101186283A
• 公開（公告）日: 2008-05-28
• 發明（設計）人: 任維麗;任忠鳴;徐永斌;鄧康;曾宇平;鐘云波;雷作勝
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04;C04B35/515
• 代理公司: 上海上大專利事務所
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種化學合成納米級Bi₂Te₃基微觀復合熱電材料的制備方法，屬低溫濕化學方法合成納米熱電材料工藝技術領域。

背景技術

熱電材料是一種通過載流子在電場和熱場下運動而實現熱能和電能直接相互轉換的半導體材料。當熱電材料兩端存在溫差時，將熱能轉化為電能；反之，在熱電材料中通以電流時，電能被轉為熱能，熱電材料的一端放熱另一端吸熱。該類材料在發電和制冷等領域具有廣泛的應用前景，熱電裝置具有體積小、無噪音、無磨損、可靠性好、壽命長等優點。用熱電材料制成的發電裝置可用于空間航天器、海洋燈塔、野外作業、廢熱發電等裝置，制冷裝置用于計算機芯片和激光探測器等局部冷卻、醫用便攜式超低溫冰箱等，潛在應用領域包括冰箱、空調、冷柜等。

熱電材料的性能用熱電優值來表證：Z＝α²σ/κ，α、σ和κ分別對應材料的熱電勢，電導率和熱導率。Bi₂Te₃基化合物系是現今室溫下性能最優的商業化熱電材料(ZT＝1)，但其熱電性能仍有待進一步提高。理論研究和實驗表明，低維結構的熱電材料其性能會得到進一步提高，近年來對二元納米結構(顆粒狀、棒狀、片狀、納米線、納米管等)的Bi₂Te₃化合物作了很多研究，但是工業化應的p-型傳導Bi₂Te₃基化合物納米級晶體的制備方法尚沒有報道，該化合物的微米及納米級晶的傳統制備方法是用高溫熔煉/粉碎的“自上而下”的方法來制備，這種方法能耗大、成本低、工藝復雜。

發明內容

本發明的目的是提供一種使用化法合成工業應用的納米級p-型(Bi_0.4-0.2、Sb_0.6-0.8)₂Te₃半導體熱電材料的制備方法。

本發明一種納米級P-型Bi₂Te₃基復合熱電材料的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟：

a.采用BiCl₃、單質Sb和Te為原料，按規定化學計量比進行配料，三者原料的質量摩爾比為：BiCl₃∶Sb∶Te＝(0.3～0.8)∶(1.7～1.2)∶3；

b.將按化學計量比得到的Sb粉加入含有150ml的6mol/L的硝酸溶液中，于50℃下不斷攪拌，使二者劇烈反應，此時有利激性的NO₂逸出；

c.上述反應完成后，水洗產物至中性，然后將其加入于含有300ml蒸餾水的BiCl₃鹽和Te粉溶液中，攪拌均勻，再添加一定量的NaoH調節溶液的pH值，使其保持在11～13范圍內；最后加入還原劑NaBH₄；NaBH₄的加入量為三者BiCl₃、Sb、Te摩爾量總和的7倍；然后在80℃下反應48～96小時；

d.上述反應結束后，讓其自然冷卻至室溫，然后進行過濾，得沉淀物，隨后用蒸餾水清洗洗沉淀物數次；然后在真空80℃下干燥24小時，最終得到黑色納米級(Bi_0.4-0.2、Sb_0.6-0.8)₂Te₃微觀復合熱電材料。

尚有另一種工藝方法，原料不用單質Sb，而是Sb的氯化物。

本發明一種納米級P-型Bi₂Te₃基復合熱電材料的制備方法，其特征在于具有以下的工藝過程和步驟：

a.采用Bicl₃、SbCl₃鹽和Te為原料，按規定化學計量比進行配料，三者原料的質量摩爾比為：BiCl₃∶SbCl₃∶Te＝(0.3～0.8)∶(1.7～1.2)∶3；

b.將化學計量所得的BiCl₃鹽、SbCl₃鹽和Te粉放入盛有300ml蒸餾水的燒杯中；用磁力攪拌器攪拌均勻；然后再加入一定量的NaoH調節溶液的pH值，使其保持在11～13范圍內；最后加入過量還原劑NaBH₄；NaBH₄的加入量為三者BiCl₃、Sb、Te摩爾量總和的7倍；然后在80℃下反應96～144小時；