[發明專利]自蔓延高溫快速一步合成具有納米結構Cu2Se熱電材料粉體的方法

有效

• 申請號: 201310087520.6
• 申請日: 2013-03-19
• 公開（公告）號: CN103165809A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 唐新峰;付帆;張海龍;任廣坤
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;B82Y40/00;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制備-自蔓延高溫合成技術領域，具體涉及一種自蔓延高溫快速一步合成具有納米結構Cu₂Se熱電材料粉體的方法。

背景技術

近十幾年來，隨著世界人口的快速增長和全球經濟的高速發展，全球性的能源危機和環境污染問題日趨嚴重。因此，開發環境友好型新能源和新能源轉換技術已經成為國際上重點關注的前言課題。熱電轉換技術能利用熱電材料的Seebeck效應和Peltier效應實現電能和熱能之間的相互轉換，它具有無傳動部件、體積小、無噪音、無污染、可靠性好等優點，在汽車廢熱利用、工業余熱發電等領域有著廣泛的應用前景，因而受到人們的廣泛關注。

熱電材料的轉換效率由熱電優值ZT決定，ZT=a?²s?T/k，其中a為Seebeck系數、s為電導率、k為熱導率、T為絕對溫度。因此，高性能熱電材料必須同時具有高的Seebeck系數、高的電導率和低熱導率。近年來，結構納米化已經被證明是優化材料熱電性能的有效途徑之一，它主要是是通過增加晶界對聲子的散射來大幅降低晶格熱導率，同時保持較好的電性能來實現的。

Cu₂Se化合物作為一種超離子導體，具有較好的電性能和較低的熱導率，因而具有較高的ZT值。同時，由于Cu和Se的來源豐富，價格便宜，這使得Cu₂Se化合物在大規模商業化生產上具有巨大前景。目前，制備Cu₂Se熱電材料的方法主要采用熔融退火、固相反應和球磨加熱壓等方法。由于Se的熔點較低（221℃），在長時間的熔融退火和固相反應過程中，Se揮發嚴重，從而破壞了Cu₂Se的化學計量比，進而對樣品性能的重復性產生較大影響。球磨加熱壓法也不易精確控制產物化學計量比，而且對設備要求較高。因此，如何研制一種能精確控制化合物的化學計量比、高效節能、低成本的制備工藝成為研究者關注的熱點。

自蔓延高溫合成（Self-propagating?High-temperature?Synthesis,?SHS）是利用反應自身放熱制備材料的新技術。反應混合物被點燃后，形成自蔓延的燃燒波，燃燒波快速向未反應區域傳播，燃燒波過后，反應物轉化為產物，反應速度快、效率高；除了引發自蔓延反應所必須的少量外加能量外，反應過程主要依靠反應自身的放熱來維持，是一項節能的工藝；燃燒波的高溫能使揮發性雜質有效分解，產物純度高；SHS的這些優點對解決低成本制備具有精確化學計量比的Cu₂Se化合物是非常有利的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種自蔓延高溫快速一步合成具有納米結構Cu₂Se熱電材料粉體的方法，首次采用自蔓延高溫合成技術制備Cu₂Se熱電材料，能精確控制產物化學計量比，反應速度快、工藝簡單、對設備要求低、能耗低、對環境無污染。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

自蔓延高溫快速一步合成具有納米結構Cu₂Se熱電材料粉體的方法，其步驟如下：按化學計量比2:1準備Cu粉和Se粉作為原料，然后將Cu粉和Se粉混合均勻得到反應物，采用直接起爆或恒溫起爆的方式引發自蔓延反應，反應完成后自然冷卻，得到具有納米結構Cu₂Se熱電材料粉體。

按上述方案，所述反應物為粉體或者壓制成塊體。?

按上述方案，所述自蔓延反應中所用氣氛為空氣、真空或惰性氣體氛圍。

按上述方案，所述直接起爆的方法為：在所述氣氛下直接加熱反應物一端，直至自蔓延反應發生后，停止加熱。

按上述方案，所述恒溫起爆方法為：在所述氣氛下，將反應物放入溫度大于等于220℃的恒溫爐里，加熱反應物直至自蔓延反應發生后，停止加熱。

以上述內容為基礎，在不脫離本發明基本技術思想的前提下，根據本領域的普通技術知識和手段，對其內容還可以有多種形式的修改、替換或變更，如自蔓延反應氣氛可換為其它不與Cu、Se反應的氣體等。

與現有Cu₂Se制備技術相比，本發明的優點為：

1.????本發明首次采用自蔓延高溫合成技術制備了Cu₂Se熱電材料，具有反應速度快、設備簡單、成本低廉，并且能精確控制產物化學計量比等優點。