[發明專利]一種熱電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110315433.2
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN103050618A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 陳玲;蒙昌宇;吳立明
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種熱電材料及其制備方法，屬于無機材料領域。

背景技術

熱電材料是一種能夠通過固體中載流子的運輸實現熱能和電能的直接轉換的功能材料，被認為是將來非常有競爭力的能源替代介質。熱電轉換技術是利用熱電材料的Seebeck效應和Peltier效應將熱能和電能進行互相轉化的一種新能源轉換技術。該技術具有清潔、靜音、使用管理方便、適應環境廣及安全可靠性高的優點。熱電轉換技術的開發與利用在解決未來的能源危機、提供清潔能源及提高能源利用效率等方面將起到越來越重要的作用。

熱電材料的性能取決于材料熱優值ZT，ZT通常表示為ZT＝S²σT/κ，式中S稱為Seebeck系數或溫差電勢，σ為材料的導電率，κ為導熱率。σ，S和κ參量取決于電子結構和載流子的散射，κ＝κ_L+κ_e，降低κ關鍵在于降低κ_L，即增強晶格點陣對聲子的散射從而降低熱導率。在過去十多年中，對熱電材料的研究與開發，主要集中在兩個方面，一、是對傳統具有良好熱電性能塊材如PbTe，Bi₂Te₃進行性能優化(如參雜，超晶格或做成納米材料)，提高其功率因子(S²σ)或降低其熱導從而提高其熱優值ZT；二、研制和開發新型有潛在良好熱電性能材料，在過去的十多年，相繼發現一些有潛在良好的熱電性能材料，如方鈷礦，籠合物。然而，盡管過去十多年來，熱電材料在理論上及實驗有很大的進展，熱電材料ZT值一直在0.4-1.3的范圍變化，遠達不到實用化；要達到實現溫差發電及通電制冷實用化的目標，ZT值達到3以上。與此同時，在過去的十多年，由于反應熔劑法在高溫固相合成的應用，成功合成一些結構新穎的堿金屬(堿土金屬)/稀土/銅/碲化合物，如層狀結構A_1-xRECu_1+xTe₄，Rb₂CeCu₃Te₅，KEuCu₂Te₄和BaRECuTe₃，隧道結構A₃RE₄Cu₅Te₁₀，CsRE₂CuTe₄和CsSc₃Cu₂Te₆；但目前這些發現的這些化合物報道的熱電性能都比較差。在本申請專利，Cs_xRE₂Cu_6-xTe₆雙隧道化合物初步的實驗結果表明該系列化合物具有良好的熱電性能，是目前所發現的這一類化合物中熱電性能最好的，同時該性能也與目前一些有名的熱電材料相比。

發明內容

為了探索新型的熱電材料，本發明通過反應熔劑法高溫固相反應，提供一種堿金屬(堿土金屬)/稀土/銅/碲化合物，它們可能具有潛在的熱電應用價值。

本發明中，Cs_xRE₂Cu_6-xTe₆化合物屬六方晶系，空間群為P6₃/m。Cs_0.75(2)La₂Cu_5.25(2)Te₆單胞參數為Z＝1；Cs_0.77(2)Ce₂Cu_5.23(2)Te₆單胞參數為Z＝1；Cs_0.73(2)Pr₂Cu_5.27(2)Te₆單胞參數為Z＝1；Cs_0.75(2)Nd₂Cu_5.25(2)Te₆單胞參數為Z＝1。本發明已成功合成Cs_xRE₂Cu_6-xTe₆(RE＝La，Ce，Pr，Nd)單晶和純相。