[發(fā)明專利]一種p型Zn₄Sb₃基熱電材料及其制備方法無效

申請?zhí)枺?/td>	201010143560.4	申請日：	2010-04-06
公開（公告）號：	CN101857928A	公開（公告）日：	2010-10-13
發(fā)明（設計）人：	趙文俞;程蘇丹;馬兵;張清杰	申請（專利權）人：	武漢理工大學
主分類號：	C22C12/00	分類號：	C22C12/00;C22C1/03
代理公司：	湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102	代理人：	王守仁
地址：	430070 湖***	國省代碼：	湖北;42
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種 zn sub sb 熱電材料及其制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體溫差發(fā)電和制冷材料，特別是一種p型Zn₄Sb₃基熱電材料及其制備方法，屬于熱電轉(zhuǎn)換新能源材料領域。

背景技術

熱電轉(zhuǎn)換技術是一種利用半導體材料的塞貝克(Seebeck)效應和帕爾帖(Peltier)效應實現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)換的技術。熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有無污染、無噪音、體積小、可靠性高等優(yōu)點，在熱電發(fā)電、致冷和太陽能、工業(yè)余熱利用領域具有廣泛的應用前景，作為特殊電源和高精度溫控器已成功應用于深空探測、軍事裝備、TT行業(yè)等高技術領域。熱電轉(zhuǎn)換效率主要取決于材料的熱電性能優(yōu)值ZT＝α²σT/κ，其中α是塞貝克系數(shù)，σ是電導率，κ是熱導率，T是絕對溫度。熱導率κ包括載流子熱導率κ_c和晶格熱導率κ_l，即κ＝κ_c+κ_l。理論上，提高材料的電導率σ和塞貝克系數(shù)α，降低熱導率(κ_c+κ_l)均能提高ZT值。但由于熱電材料中強的電-聲相互作用，σ、α和κ三個參數(shù)很難協(xié)同調(diào)控，如何優(yōu)化電、熱輸運性能獲得高ZT值是熱電材料領域的研究難題。半導體重摻雜優(yōu)化載流子濃度和結構低維化增大聲子界面散射是目前廣泛采用的兩種優(yōu)化ZT的方法，提高傳統(tǒng)熱電材料的ZT值和尋找新型高ZT值的熱電材料是本領域的研究目標。另一方面，現(xiàn)有的熱電材料制備周期一般需要數(shù)天甚至數(shù)十天，如何高效制備高性能熱電材料是其廣泛應用必須解決的瓶頸問題。

Zn₄Sb₃化合物具有三種結構存在狀態(tài)：α，β以及γ相，分別于T≤263K，263K≤T≤765K，以及765K≤T≤839K(熔點)穩(wěn)定存在。其中，β-Zn₄Sb₃是一種極具應用前景的p型中溫熱電材料，具有R3c晶體對稱，每個單胞中至少存在3個無序分布的間隙Zn原子。這種無序填隙結構決定了該化合物具有非常低的熱導率，室溫下晶格熱導率僅為0.65W.m^-1.K^-1。Zn-Sb體系的相圖非常復雜，在492、460、437、414、407和350℃時分別存在相變反應和這些相變反應的體積效應導致Zn₄Sb₃化合物在高溫致密燒結過程中產(chǎn)生的大量宏、微觀裂紋一直是影響這類材料電熱輸運特性和機械性能的瓶頸問題。采用同族或異族原子摻雜β-Zn₄Sb₃方法調(diào)節(jié)其熱電傳輸性能，這一直是該材料的研究焦點。近年來，真空熔融、機械合金化、熱壓燒結、放電等離子體燒結、超高壓冷壓成型等工藝，先后用于制備高性能β-Zn₄Sb₃基熱電材料。其中，真空熔融結合熱壓燒結或者放電等離子體燒結是大多數(shù)β-Zn₄Sb₃基熱電材料的制造工藝，即化學計量比的高純金屬經(jīng)高溫真空熔融后，緩慢冷凝結晶形成具有β-Zn₄Sb₃晶體結構的單相化合物鑄錠，爾后研磨、過篩得到一定粒徑的粉體，最后在高于400℃溫度下進行熱壓燒結或者放電等離子體燒結形成β-Zn₄Sb₃基熱電材料。