[發(fā)明專(zhuān)利]納米復(fù)合熱電轉(zhuǎn)換材料及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080026404.8
• 申請(qǐng)日: 2010-06-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102458726A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 村井盾哉;木太拓志
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): B22F9/24
• 分類(lèi)號(hào): B22F9/24;C22C1/04
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;王春偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及制造納米復(fù)合熱電轉(zhuǎn)換材料的方法，其中納米尺寸的聲子散射顆粒分散在由熱電轉(zhuǎn)換材料制成的基體中；以及利用所述方法制造的納米復(fù)合熱電轉(zhuǎn)換材料。

背景技術(shù)

熱電轉(zhuǎn)換材料是一種基于兩種基本的熱電效應(yīng)(即塞貝克效應(yīng)和珀?duì)柼?yīng))將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的能量材料。

使用熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電產(chǎn)生裝置相比常規(guī)的發(fā)電技術(shù)具有眾多優(yōu)點(diǎn)。例如，熱電產(chǎn)生裝置具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、堅(jiān)固并且耐久性好。熱電產(chǎn)生裝置沒(méi)有可移動(dòng)的構(gòu)件。微米尺寸的熱電產(chǎn)生裝置容易制造。熱電產(chǎn)生裝置不需要維護(hù)。熱電產(chǎn)生裝置高度可靠，具有長(zhǎng)的壽命，不引起噪音，并且不產(chǎn)生污染。熱電產(chǎn)生裝置利用低溫廢熱。

使用熱電轉(zhuǎn)換材料的熱電冷卻裝置相比常規(guī)的壓縮冷卻技術(shù)也具有優(yōu)點(diǎn)。例如，熱電冷卻裝置不需要氯氟烴，并且不產(chǎn)生污染。小型熱電冷卻裝置容易制造。熱電冷卻裝置沒(méi)有可移動(dòng)的構(gòu)件，并且不產(chǎn)生噪音。

因此，特別地，因?yàn)榕c能量相關(guān)的問(wèn)題和與環(huán)境相關(guān)的問(wèn)題最近變得越來(lái)越嚴(yán)重，所以期望熱電轉(zhuǎn)換材料將被投入航空、國(guó)防、建筑、地質(zhì)觀測(cè)、氣候觀測(cè)、醫(yī)療保健、衛(wèi)生、微電子學(xué)等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中。此外，期望熱電轉(zhuǎn)換材料將被用于多種目的，例如，用于利用石油化學(xué)業(yè)、冶金和發(fā)電行業(yè)中的廢熱。

功率因數(shù)P＝S²σ和無(wú)量綱性能指數(shù)ZT＝(S²σ/κ)T用作評(píng)價(jià)熱電轉(zhuǎn)換材料性能的指數(shù)。在該情況下，S代表塞貝克系數(shù)，σ代表電導(dǎo)率，κ代表熱導(dǎo)率，并且T代表絕對(duì)溫度。也就是說(shuō)，為了獲得良好的熱電特性，塞貝克系數(shù)S和電導(dǎo)率σ需要是高的，而熱導(dǎo)率κ需要是低的。

為了散射傳導(dǎo)熱的聲子，有效的是降低熱導(dǎo)率κ。因此，已經(jīng)提出一種復(fù)合熱電轉(zhuǎn)換材料，其中用于散射聲子的顆粒(在下文稱(chēng)為“聲子散射顆粒”)分散在由熱電轉(zhuǎn)換材料制成的基體中。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2000-164940(JP-A-2000-164940)描述了一種將Ag₂Te(其是熱電轉(zhuǎn)換材料)顆粒分散在由熱電轉(zhuǎn)換材料AgBiTe₂制成的基體中的技術(shù)。聲子被分散的顆粒散射，因此熱導(dǎo)率κ降低。在其制造方法中，基體材料和分散顆粒的混合物被熔融；分散的顆粒通過(guò)將混合物的溫度保持在等于或高于基體材料的熔點(diǎn)并且等于或低于分散顆粒的熔點(diǎn)的溫度下而均勻沉淀；然后，通過(guò)將混合物冷卻至等于或低于基體熔點(diǎn)的溫度而沉淀出基體。因此，分散顆粒在基體沉淀之前沉淀。因此，分散顆粒易于團(tuán)聚，因此，分散顆粒的尺寸易于增加。結(jié)果，分散顆粒的分散度降低，散射聲子的效應(yīng)降低，并且降低熱導(dǎo)率的效應(yīng)降低。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2000-261047(JP-A-2000-261047)描述了一種將陶瓷顆粒分散在由熱電轉(zhuǎn)換材料CoSb₃制成的基體中的技術(shù)。然而，在該方法中，甚至最小的分散陶瓷顆粒也是亞微米級(jí)顆粒。因此，聲子未被高度分散。即使使用納米尺寸陶瓷顆粒，納米尺寸陶瓷顆粒也易于團(tuán)聚，結(jié)果，分散顆粒也不會(huì)是納米尺寸顆粒。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2003-73705(JP-A-2003-73705)描述了如下技術(shù)：其中將還原劑滴入包含具有高還原電勢(shì)的金屬和具有低還原電勢(shì)的金屬的溶液中，并且具有高還原電勢(shì)的金屬首先沉淀，然后具有低還原電勢(shì)的金屬沉淀。然而，公開(kāi)2003-73705僅描述了金屬按還原電勢(shì)降低的順序被還原和沉淀的事實(shí)。公開(kāi)2003-73705并未描述將聲子散射顆粒分散到由熱電轉(zhuǎn)換材料制成的基體中的技術(shù)。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2008-305919(JP-A-2008-305919)描述了將包含構(gòu)成熱電轉(zhuǎn)換材料的元素的鹽和合金或金屬的鹽的溶液與包含還原劑的溶液混合的技術(shù)。溶液中包含的合金或金屬的鹽的量相對(duì)于熱電轉(zhuǎn)換材料中待包含的合金或金屬的量過(guò)量。包括構(gòu)成熱電轉(zhuǎn)換材料的元素的顆粒和包括金屬或合金的顆粒沉淀，并且進(jìn)行熱處理。因此，包括金屬或合金的顆粒分散在由熱電轉(zhuǎn)換材料制成的基體中。然后，進(jìn)行燒結(jié)，因此，包括金屬或合金的顆粒與基體形成一體。然而，在該方法中，包括構(gòu)成基體的熱電轉(zhuǎn)換材料的元素的顆粒和聲子散射顆粒以混合狀態(tài)沉淀。因此，不可能防止沉淀的聲子散射顆粒的團(tuán)聚和聲子散射顆粒的尺寸增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供其中納米尺寸聲子散射顆粒分散在由熱電轉(zhuǎn)換材料制成的基體中、并且具有大幅降低的熱導(dǎo)率和明顯提高的熱電轉(zhuǎn)換性能的納米復(fù)合熱電轉(zhuǎn)換材料，及其制造方法。