[發(fā)明專利]一種高性能n型碲化鉍基熱電發(fā)電材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102088058A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭俊輝;鄭艷麗;陳果;張衛(wèi)華
• 申請（專利權(quán)）人: 江西納米克熱電電子股份有限公司
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新材料制造，屬于新能源材料領(lǐng)域，特別涉及一種高性能n型碲化鉍基熱電發(fā)電材料的制備方法。?

背景技術(shù)

新能源材料和技術(shù)是二十一世紀人類可繼續(xù)發(fā)展不可缺少的重要物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)之一。熱電材料是一種新型的、環(huán)境友好的新能源材料，在熱電致冷和熱電發(fā)電方面的應(yīng)用越來越廣泛。由于熱電發(fā)電在低溫廢熱回收利用上具備獨特的優(yōu)勢，而成為未來熱電行業(yè)的主力發(fā)展方向。因此，開發(fā)一種高性能n型碲化鉍基熱電材料來滿足工業(yè)化制備低溫廢熱回收發(fā)電的熱電半導體發(fā)電器的需要，使其在所使用溫度段增大單位材料的發(fā)電量來降低成本，無論是在技術(shù)理論和實驗證明上的都是開拓熱電半導體的使用領(lǐng)域來提高能源利用率的有效方法。?

碲化鉍基熱電材料是目前室溫附近應(yīng)用最好的熱電材料，也是目前工業(yè)化最為成熟的熱電半導體行業(yè)的原料。雖然熱電器件的轉(zhuǎn)換率由熱電材料的熱電優(yōu)值ZT值決定，同時在ZT值和Seebeck系數(shù)變化不大的條件下，通過提高其功率因子來增加單位材料發(fā)電量成為降低熱電發(fā)電器件成本的最有效的途徑。在保證Seebeck系數(shù)變化不大的條件下，通過提高材料的電導率來降低所做器件的內(nèi)阻來提高單位材料的發(fā)電量來實現(xiàn)降低單位發(fā)電量成本。近50年來，工業(yè)化所使用的n型碲化鉍基熱電材料在室溫附近獲得最大熱電優(yōu)值ZT值，將其用于制備室溫附近使用的熱電致冷器件能獲得最大的轉(zhuǎn)換效率。但是，以這種材料制備熱電發(fā)電器件，其功率因子較低所致單位熱電發(fā)電成本高。這是由于發(fā)電器件的使用溫度為30~400℃，常用溫度為80~300℃，而這種碲化鉍基熱電材料在該溫度段的平均ZT值已經(jīng)下降了近40%。產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)的室溫ZT值1.1，而80~300℃平均ZT值才0.65，平均功率因子為3.0×10^-3_W.m.K^-2。?

目前，提高碲化鉍基熱電材料局限在將其結(jié)構(gòu)納米化來大幅度降低其晶格熱導率，增加賽貝克系數(shù)，進而提高某一溫度下的ZT值，而不是某一使用溫度段的ZT值或單位材料的發(fā)電量。同時納米化對n型碲化鉍基材料性能的提高不明顯、納米化的制備成本昂貴和需后續(xù)熱壓或SPS燒結(jié)成塊體，無法大批量工業(yè)化穩(wěn)定生產(chǎn)而一直停留在科研階段。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種原料廉價易得、設(shè)備簡單、工藝簡單易控、性能均勻、長期使用性能穩(wěn)定，并能實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化制備的棒狀n碲化鉍基熱電發(fā)電材料的方法。?

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種高性能n碲化鉍基熱電發(fā)電材料的制備方法，其制作步驟如下：?

一種高性能n型碲化鉍基熱電發(fā)電材料的制備方法，其特征在于，其制作步驟如下：

（1）將純度為4N的碲塊、鉍塊和硒塊除去表面氧化層后，分別用粉碎機粉碎；

（2）將內(nèi)徑為10～38mm的玻璃管的一端高溫熔化封死并退火，時間≥1min，另一端邊緣熔燒光滑，用干凈水沖干凈玻璃管內(nèi)附著物，再用無水乙醇脫水后烘干備用；

（3）按化學計量比Bi₂(Te_1-xSe_x)₃+ywt%TeI₄，x=0.06~0.08，y=0.1~0.17,?稱取Bi、Te和Se粉碎物和TeI₄粉置于烘干后的玻璃管內(nèi)；

（4）將裝有材料的玻璃管的真空度抽到≤10Pa后，在離材料平面≥3cm處封口；

（5）把封好的玻璃管置于600~700℃的搖擺熔煉爐中，按水平方向≥±15°搖擺，至材料全熔后繼續(xù)搖擺≥1min，之后放入排氣爐中，液態(tài)材料振動排氣≥3min，排氣后豎立在空氣中自然冷卻；

（6）得到的裝有熔化排氣后成型材料的玻璃管垂直固定在區(qū)熔爐上，按區(qū)熔溫度700～800℃，區(qū)熔寬度3～4cm，生長速度為2.5±1.0cm/h生長，生長完后空氣中自然冷卻；

（7）敲碎外表的玻璃棒，將晶棒尖部30mm±10mm和尾部25mm±10mm切除。