[發(fā)明專利]一種高性能Cu2SnSe3熱電材料及其快速制備方法

有效

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• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103909262A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 唐新峰;程鑫;張清杰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;C01B19/00;H01L35/34;H01L35/16
• 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(fā)明屬于新能源材料制備-自蔓延高溫合成技術領域，具體涉及一種高性能Cu₂SnSe₃熱電材料及其快速制備方法。

背景技術

近十幾年來，人口急速膨脹，工業(yè)迅猛發(fā)展，能源和環(huán)境問題已經逐漸凸顯。尋找和開發(fā)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，其作為一種環(huán)境友好型材料在利用工業(yè)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。同時它還具有無傳動部件、體積小、無噪音、無污染、可靠性好等優(yōu)點。因而受到人們的廣泛關注。

熱電材料的轉換效率由熱電優(yōu)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。

Cu₂SnSe₃化合物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，其原料儲量豐富、價值低廉，這使得Cu₂Se化合物在大規(guī)模商業(yè)化生產上具有巨大前景。

目前，制備Cu₂SnSe₃熱電材料的方法主要采用熔融后固相反應的方法。由于Se的熔點較低（221℃），在長時間反應過程中，Se揮發(fā)嚴重，從而破壞了Cu₂SnSe₃的化學計量比，進而對樣品性能的重復性產生較大影響。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(jié)能、低成本的制備工藝成為研究者關注的熱點。

發(fā)明內容

本發(fā)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高性能Cu₂SnSe₃熱電材料及其快速制備方法，該方法具有反應速度快、工藝簡單，而且產物熱電性能優(yōu)異。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種高性能Cu₂SnSe₃熱電材料的快速制備方法，它包括以下步驟：

(1)按化學計量比2.02：3.03：1準備Cu粉、Se粉和Sn粉作為原料，然后將Cu粉、Se粉和Sn粉混合均勻得到反應物；

2）將步驟1）所述反應物引發(fā)自蔓延反應，反應完成后自然冷卻，得到Cu₂SnSe₃產物；

3）將步驟2）中得到的Cu₂SnSe₃產物研磨成細粉，然后進行等離子活化燒結，得到高性能Cu₂SnSe₃熱電材料。

上述方案中，所述步驟1）中Cu粉、Se粉、Sn粉的質量純度均大于等于99.9%。

上述方案中，所述反應物為粉體或者壓制成塊體。

上述方案中，采用恒溫起爆的方式引發(fā)自蔓延反應。

上述方案中，所述恒溫起爆的反應溫度為300℃或大于300℃，優(yōu)選300-900℃。

上述方案中，所述步驟2）中自蔓延反應中所用氣氛為空氣或者真空。

上述方案中，所述步驟3）中等離子活化燒結的工藝為：將步驟2）中得到的Cu₂SnSe₃產物粉末裝入石墨模具中壓實，然后在小于10Pa的真空條件下進行燒結，升溫速率為50-100℃/min，燒結溫度為500-550℃，燒結壓力為30-35MPa，燒結致密化時間5～7min。

上述制備方法得到的高性能Cu₂SnSe₃熱電材料。

上述方案中，所述高性能Cu₂SnSe₃熱電材料在500℃的無量綱熱電優(yōu)值ZT值可達0.8，而傳統(tǒng)方法得到的Cu₂SnSe₃熱電材料的無量綱熱電優(yōu)值ZT值僅有0.58，提高了37.8%。

以上述內容為基礎，在不脫離本發(fā)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、Sn反應的氣體等。