[發(fā)明專利]一種p型銪鎘銻基熱電材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810042323.1
• 申請(qǐng)日: 2008-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN101345284A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張輝;趙景泰;湯美波;滿振勇;楊昕昕
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號(hào): H01L35/18
• 分類號(hào): H01L35/18;C22C30/00;C22C1/04;B22F3/105
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種p型銪鎘銻基熱電材料及其制備方法，屬于熱電材料的技 術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

熱電材料是一種將熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的功能材料，其原理是基于塞貝克 效應(yīng)和佩爾帝效應(yīng)，是高技術(shù)新能源領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)性材料。由其制成的熱電 轉(zhuǎn)換器件(如電冰箱、空調(diào)、軍用發(fā)電機(jī)、發(fā)電站等)沒有機(jī)械傳動(dòng)部分，其 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，也不需要氟里昂等有害物質(zhì)，具有清潔、高效、無污染、 沒有噪音以及壽命長(zhǎng)、堅(jiān)固、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航 天、汽車、微電子、高新技術(shù)領(lǐng)域以及汽車尾氣、工業(yè)廢(氣)熱的利用。

熱電發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵是熱電材料，其性能通常用無量綱性能指數(shù)ZT (ZT＝S²σT/κ，其中S為seebeck系數(shù)；σ為電導(dǎo)率；κ為熱導(dǎo)率，T為絕對(duì)溫度) 表示。ZT值越高，表示材料性能越好，熱電發(fā)電效率也就越高。目前，實(shí)用塊 體熱電材料的ZT值一般在1.0附近。目前有應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景的熱電材料主 要有(Bi，Sb)₂(Te，Se)₃、β-Zn₄Sb₃、Yb₁₄MnSb₁₁、填充方鉆礦、 (PbTe)_0.85(AgSbTe)_0.15(TAGS)、Pb₁₈AgSbTe₂₀、籠狀物及SiGe等。

由于不同體系的熱電材料應(yīng)用的溫度范圍不同，另外現(xiàn)有熱電材料的制備 工藝多采用真空熔煉—退火—破碎—熱壓燒結(jié)或長(zhǎng)時(shí)間固相反應(yīng)—熱壓燒結(jié)等 方法。這些方法的缺點(diǎn)是，固相反應(yīng)和熱壓燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，極易造成組分偏差， 所制備材料的雜相含量高，導(dǎo)致熱電性能降低。本發(fā)明提供的p型銪鎘銻基熱 電材料的制備方法，是采用高純單質(zhì)原料在手套箱中配料，保證原料不被氧化， 采用涂碳石英管作為反應(yīng)容器，為保證反應(yīng)均勻，采用緩慢生溫，長(zhǎng)時(shí)間熔融， 緩慢降溫反應(yīng)的溫度制度，采用放電等離子燒結(jié)(Spark?Plasma?sintering，簡(jiǎn)稱 SPS)技術(shù)燒結(jié)塊體材料。SPS是新型特殊的加壓快速燒結(jié)技術(shù)，有的文獻(xiàn)上也 稱SPS為等離子活化燒結(jié)。SPS的工藝優(yōu)勢(shì)是：升溫速度快，加熱均勻，燒結(jié) 溫度低，保溫時(shí)間短，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品組織細(xì)小均勻。

文獻(xiàn)報(bào)道的類似組成的熱電材料如Mg₃Sb₂、CaZn₂Sb₂、Ca_xYb_1-Zn₂Sb₂和 BaZn₂Sb₂的ZT值在0.21～0.52之間，僅有一個(gè)專利《一種鎘銻基p型熱電材料 及其制備方法》所得樣品YbCd₂Sb₂在430℃時(shí)ZT值達(dá)到0.8。目前只有關(guān)于銪 鎘銻合成、晶體結(jié)構(gòu)和低溫磁性等數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)報(bào)道，沒有熱電性能方面的研究。 本發(fā)明涉及的p型銪鎘銻基熱電材料具高的熱電轉(zhuǎn)換效率，如377℃時(shí)，銪鎘 銻的優(yōu)值系數(shù)達(dá)0.66。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種p型銪鎘銻基熱電材料及其制備方法。

本發(fā)明涉及的p型銪鎘銻基高效熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于組成式為A_xB_yC_z(x＝0.9-1.1，y＝1.8-2.2，z＝1.8-2.2)：A為Eu或Eu與Mg、Ca、Sr、Yb的組合；B 為Cd或Cd與Mg、Mn、Zn的組合；C為Sb或Sb與P、As、Bi的組合。

本發(fā)明的制備方法，包括配料、合成和燒結(jié)三步：

(1)用高純金屬單質(zhì)為原料，按照A_xB_yC_z(x＝0.9-1.1，y＝1.8-2.2，z＝1.8-2.2)： A為Eu或Eu與Mg、Ca、Sr、Yb的組合；B為Cd或Cd與Mg、Mn、Zn的 組合；C為Sb或Sb與P、As、Bi的組合。

(2)將步驟(1)配制的混合料封入涂碳的石英管中，氣氛為真空或充入 少量惰性氣體。將石英管緩慢加熱至700～900℃保溫7～14天，使金屬原料 進(jìn)行充分化學(xué)反應(yīng)，緩慢冷卻至室溫，充分研磨，即得p型銪鎘銻基熱電材料 的粉末。