[發(fā)明專利]低電阻的熱電材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010584138.2
• 申請(qǐng)日: 2010-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN102464306A
• 公開（公告）日: 2012-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳信文;吳欣潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陳信文
• 主分類號(hào): C01B19/00
• 分類號(hào): C01B19/00
• 代理公司: 北京元本知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11308
• 代理人: 秦力軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱電材料，特別涉及一種低電阻的銀-碲-銻熱電材料。

背景技術(shù)

熱電材料是一種可將熱能與電能直接且可逆轉(zhuǎn)換的固態(tài)材料，于公元1821年由德國科學(xué)家Seebeck所發(fā)現(xiàn)。透過將金屬銅與鉍連接成一回路，并在回路兩端施以溫度差(ΔT)，即會(huì)有電位差(ΔV)產(chǎn)生，而不同的材料對(duì)溫度差所產(chǎn)生的電位差即定義為Seebeck常數(shù)(S＝ΔV/ΔT)，這也成為后來熱電發(fā)電機(jī)與熱電偶(thermocouple)的工作原理。在公元1835年，Peltier將不同的金屬接合成回路，并通以電流，即可制造一接點(diǎn)放熱、另一接點(diǎn)吸熱的現(xiàn)象，而這也成為熱電致冷器(thermoelectric?cooler)的工作原理；而后在公元1851年，物理學(xué)家Thomson建立了熱電理論的基礎(chǔ)，并由實(shí)驗(yàn)證實(shí)了第三種熱電效應(yīng)的存在(Thomson?effect)，即在導(dǎo)體或半導(dǎo)體所形成的回路兩端通以電流或施予一定的溫度差，即會(huì)在此半導(dǎo)體或?qū)w造成吸熱或放熱的現(xiàn)象。

熱電發(fā)展迄今一百多年，如何得到較佳的熱電材料轉(zhuǎn)換效率，一直是此材料能否具實(shí)用性的重點(diǎn)。直至1954年，Goldsmid和Douglas等人將半導(dǎo)體材料應(yīng)用在熱電致冷器上，并成功的將致冷溫度降至0℃，此熱電轉(zhuǎn)換效率的大幅進(jìn)步也引起1960年代的研究熱潮。但在往后的30年間，熱電效率效率的提升又再度的陷入了瓶頸，直到1990年代后，多種新型的材料開發(fā)、對(duì)舊有材料的重新檢視等才又再度活躍了此領(lǐng)域的研究。熱電材料常涉及多元系統(tǒng)，其復(fù)雜的組成范圍及合成條件常限制其應(yīng)用性；開發(fā)新熱電材料與開拓?zé)犭娊M件應(yīng)用，是目前熱電議題的主流。

熱電材料的發(fā)展中以熱電優(yōu)值(z＝S²/κρ，S為Seekbeck常數(shù)，κ為熱傳導(dǎo)系數(shù)，ρ為電阻率)的提高，更是開發(fā)新熱電材料的重點(diǎn)。目前商業(yè)化應(yīng)用的熱電材料為p型半導(dǎo)體Bi₂Te₃，其熱電優(yōu)值約為1。Hsu等人(Science，Vol.303，pp.818-821，2004)發(fā)表了高效率熱電材料AgPb_mSbTe_2+m的研究，并指出納米結(jié)構(gòu)有助于增加熱電轉(zhuǎn)換效率，且其熱電優(yōu)值于800K下可高達(dá)2.2。因此，如何進(jìn)一步制造出具有高熱電優(yōu)值之熱電材料，成了亟待解決的課題之一。

發(fā)明內(nèi)容

銀-碲-銻(Ag-Sb-Te)為目前熱電材料中非常值得投入探討與深入了解的材料系統(tǒng)，其三元化合物AgSbTe₂，為低熱傳導(dǎo)系數(shù)、高熱電轉(zhuǎn)換率(熱電優(yōu)值約為1.4)的p型半導(dǎo)體，但其高電阻率及易脆性質(zhì)使其應(yīng)用性大受影響。

因此，本發(fā)明的目的之一即是提供一種低電阻的銀-碲-銻熱電材料。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題本發(fā)明一方面提供一種低電阻的熱電材料，其組成元素至少包括銀、碲及銻，其中銀、碲及銻的組成摩爾比例為1∶2.43～3.29∶2.18～2.96，其中所述的熱電材料在室溫下的電阻率系低于0.1Ωcm。

其中，所述的熱電材料的銀、碲及銻的組成摩爾比例為1∶2.55～3.15∶2.31～2.83。

其中，所述熱電材料微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸平均小于1000納米。

特別是，所述熱電材料微結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸平均小于500納米。

其中，所述銀、碲及銻占所述熱電材料組成總重量90％以上。

其中，所述熱電材料在室溫下的電阻率系低于0.01Ωcm。

同時(shí)，本發(fā)明另一方面提供一種低電阻的熱電材料的制備方法，包括如下步驟：

(A)提供至少包括銀、碲及銻元素的初始材料，其中所述銀、碲及銻的組成摩爾比例為1∶2.43～3.29∶2.18～2.96；

(B)將所述初始材料置于真空環(huán)境中，以至少高于500℃的溫度進(jìn)行熔融；

(C)進(jìn)行降溫冷卻后形成該熱電材料；其中所述熱電材料在室溫下的電阻率系低于0.1Ωcm。

其中，步驟(B)中熔融的溫度為800℃，熔融時(shí)間為24小時(shí)。

其中，步驟(C)是以1℃/min的降溫速率降至550℃，并在此溫度下退火120小時(shí)后再以冷水快速淬冷。

特別是，步驟(C)是將合金快速淬冷后，置于650℃的高溫爐中退火120小時(shí)后再以冷水快速淬冷。