[發明專利]一種n型Zn-Sb基熱電材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210020458.4
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN102560193A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉桂蓮
• 申請（專利權）人: 劉桂蓮
• 主分類號: C22C12/00
• 分類號: C22C12/00;C22C1/05;C22C1/10;H01L35/34
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種熱電材料的制備方法，具體的說是一種ZnSb基熱電材料的制備方法。

背景技術

熱電轉換技術是一種利用半導體材料的塞貝克效應(Seebeck)和帕爾帖效應(Peltier)實現熱能和電能直接互相轉換的技術。而熱電轉換的效率無疑取決于熱電材料的熱電性能。至于熱電材料的熱電性能則由無量綱熱電優值ZT＝α²σ/κ決定，其中T是絕對溫度，α是塞貝克系數，σ是電導率，κ是熱導率。由上述公式可知，提高材料的電導率σ和塞貝克系數α，或者降低熱導率κ，均能夠增加ZT值從而提升熱電材料的熱電轉換效率。然而，對于金屬基熱電材料而言，這三個參數往往難以同時都朝向有益于提高ZT值的方向變化，例如增大α值就會導致σ降低，因此，尋找有效提高ZT值的新型熱電材料一直是熱電技術領域的研究目標。

近年來，β-相Zn₄Sb₃作為熱電材料的制備和使用受到了廣泛的關注和研究。β-相Zn₄Sb₃是一種p型半導體化合物，由于其復雜的晶體結構而具有非常低的熱導率和較高的電導率，被認為是極具應用前景的中溫熱電材料，其制備工藝、熱電性能和晶體結構等也被廣泛深入地研究。而同樣是Zn-Sb基材料的ZnSb基熱電材料，雖然早在上世紀六七十年代就已被發現在室溫具有很高的塞貝克系數，但是由于其同時也具有很高的熱導率，從而嚴重阻礙其成為熱電材料的候選，對其制備工藝、熱電性能、晶體結構及實際應用等的研究也很少，大大滯后于其它的β-相Zn₄Sb₃基熱電材料。如果能夠通有效降低ZnSb基熱電材料的熱導率系數，無疑將使得ZnSb基熱電材料的研究獲得極大的進展，甚至使ZnSb基熱電材料成功進入實用。

發明內容

本發明的目的即在于提供一種能夠能夠獲得優異熱電性能的制備n型ZnSb基熱電材料的方法。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案包括以下步驟：

首先，選取99.999％純度的Zn和99.999％純度的Sb為原料，按照原子比1∶1的比例進行配料并混合。

隨后，將混合好的原料裝入真空石英管中，以8-10K/min的升溫速率升溫至720-730℃，熔融保溫4-5h后，投入水中淬火后再升溫至470-500℃保溫80-90h，得到ZnSb母合金錠。

隨后將占ZnSb母合金原子百分含量2.1-2.5％的99.999％純度的Te粉與經過預破碎的ZnSb母合金錠一起放入行星式高能球磨機中進行球磨；其中，所述Te粉粒度小于5μm，所述球磨具體為在惰性氣氛下，選用10mm的不銹鋼球，球料比為6-4∶1，轉速為420-450rpm，球磨時間為12-14小時。

隨后對球磨后的原料進行熱壓燒結，其中燒結溫度為400-450℃，壓力為50-70MPa，保溫時間為2-3h，從而得到ZnSb基熱電材料。

本發明的優點是：通過球磨、熱壓燒結的合適工藝以及各個參數的適當配合，能夠有效降低ZnSb基熱電材料的熱傳導系數，并且通過摻雜合適量的Te能夠得到n型ZnSb基熱電材料。

具體實施方式

下面，通過具體的實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1.

首先，選取99.999％純度的Zn和99.999％純度的Sb為原料，按照原子比1∶1的比例進行配料并混合。

隨后，將混合好的原料裝入真空石英管中，以9K/min的升溫速率升溫至720℃，熔融保溫4后，投入水中淬火后再升溫至470℃保溫80h，得到ZnSb母合金錠。

隨后將占ZnSb母合金原子百分含量2.1％的99.999％純度的Te粉與經過預破碎的ZnSb母合金錠一起放入行星式高能球磨機中進行球磨；其中，所述Te粉粒度約為3μm，所述球磨具體為在惰性氣氛下，選用10mm的不銹鋼球，球料比為6∶1，轉速為420rpm，球磨時間為12小時。

隨后對球磨后的原料進行熱壓燒結，其中燒結溫度為400℃，壓力為50MPa，保溫時間為2h，從而得到ZnSb基熱電材料。

制備得到的ZnSb基熱電材料為n型，而普通的合金鑄錠為p型，同時本發明的ZnSb基熱電材料熱導率較之普通的ZnSb合金鑄錠下降約37％。

實施例2.

首先，選取99.999％純度的Zn和99.999％純度的Sb為原料，按照原子比1∶1的比例進行配料并混合。