[發明專利]一種低溫固相反應制備Cu2Se熱電材料的方法

無效

• 申請號: 201210165497.3
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102674270A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 唐新峰;吳優;謝文杰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，具體涉及一種Cu₂Se熱電材料的制備方法。

背景技術

近十幾年來，人口急速膨脹，工業迅猛發展，能源和環境問題已經逐漸凸顯，以原油價格暴漲、溫室氣體排放過量和臭氧層空洞為標志的能源危機和環境危機日益引發關注。目前，石油、煤炭、天然氣等傳統能源已經無法滿足社會和經濟發展要求。在此背景下，尋找和開發新能源以及新能源材料成為全球科學工作者研究的熱點。熱電材料能直接將熱能轉換成電能，其作為一種環境友好型材料在利用工業余熱及廢熱，汽車廢氣、地熱、太陽能以及海洋溫差等能量方面有著重要的應用前景。因此熱電材料受到人們的廣泛關注。

Cu₂Se化合物是一種離子電子混合型超離子導體，具有較好的電性能和復雜的晶體結構，是一種潛在的具有電子導體—聲子玻璃特征的熱電材料。由于原料儲量豐富、價值低廉、熱電性能優異等優點，受到人們的關注。

目前Cu₂Se基熱電材料的合成主要采用熔融法，但由于反應原料中存在高熔點的Cu單質，熔融法反應溫度一般較高，高于1000℃，而Se的沸點不到700℃，導致反應過程中Se的揮發損失嚴重，很難精確控制產物中Se的含量，因而采用熔融法重復性不好，對設備要求高，這極大限制了材料熱電性能的優化研究，不利于材料相組成的調控和熱電性能優化。因此找到一種簡單快捷，能耗少，重復性好的合成方法顯得十分重要。

發明內容

針對現有技術中的上述問題，本發明的目的在于提供一種低溫固相反應制備Cu₂Se熱電材料的方法，該方法反應溫度低，原材料成本低廉，按照Cu₂Se的化學計量比投料，能較好地控制產物組成，重復性好。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種低溫固相反應制備Cu₂Se熱電材料的方法，其特征在于它包括如下步驟：

1）以Cu粉、Se粉為原料，按Cu粉和Se粉摩爾比為2:1，稱取Cu粉和Se粉，將兩者混合均勻，得到混合粉體；

2）將混合粉體在壓片機上壓成塊體，將塊體置于石墨坩堝內，抽真空并密封于石英玻璃管中，再置于馬弗爐中650～750℃固相反應12～24h，將所得產物研磨成粉末；

3）將步驟2）所得粉末進行放電等離子體燒結，得到致密塊體，即為Cu₂Se熱電材料。

按上述方案，所述的步驟1）中，Cu粉和Se粉的質量純度均大于等于99.9%。

按上述方案，所述的步驟2）中，壓片機的壓力為10～15MPa。

按上述方案，所述的步驟2）中，塊體是直徑為10mm的圓柱形塊體。

按上述方案，所述的步驟2）中，固相反應是以2～5℃/min的升溫速率從?200℃升溫到650℃～700℃，然后保溫12h～24h，保溫結束后隨爐冷卻，得到產物。

按上述方案，所述的步驟3）中，粉末進行放電等離子體燒結的過程為：將粉末裝入石墨模具中壓實，然后在真空小于10Pa和燒結壓力為30～35MPa條件下進行燒結，先以50～100℃/min的升溫速率升溫到550～600℃，燒結致密化時間為7～10min，得到致密塊體，即為Cu₂Se基熱電材料。

由于本發明方法所選用的合成溫度較低（650～750℃），較熔融法選用的合成溫度低300~500℃，因而將發明方法命名為低溫固相反應。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

第一，原材料成本低廉，本發明主要采用Cu粉、Se粉作為原料，來源豐富、價格低廉；第二，?采用固相反應法，不需要通過熔融反應原料，反應溫度低（反應溫度不超過800℃），節省能源；第三，本發明按照Cu₂Se的化學計量比投料，能較精確地控制產物組成，重復性好，產物成分分布均勻，固相反應合成產物和放電等離子體燒結燒結快體均為很好的單相化合物。

附圖說明

圖1中a為實施例1中步驟3）得到的固相反應后的粉體的XRD圖譜，b為實施例1中步驟4）得到的Cu₂Se熱電材料的XRD圖譜。

圖2中a為實施例2中步驟3）得到的固相反應后的粉體的XRD圖譜，b為實施例2中步驟4）得到的Cu₂Se熱電材料的XRD圖譜。

圖3中a為實施例3中步驟3）得到的固相反應后的粉體的XRD圖譜，b為實施例3中步驟4）得到的Cu₂Se熱電材料的XRD圖譜。