[發明專利]一種自蔓延高溫快速一步合成CuxMSnySe4熱電材料粉體的方法

有效

• 申請號: 201310225431.3
• 申請日: 2013-06-07
• 公開（公告）號: CN103910338A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（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: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00
• 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Cu_xMSn_ySe₄熱電材料粉體的方法。

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。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。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。

Cu₂M（M=Cu、Zn、Cd）N（N=Sb、Sn）Se₄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Cu₂M（M=Cu、Zn、Cd）N（N=Sb、Sn）Se₄化合物在大規模商業化生產上具有巨大前景。

目前，制備Cu₂M（M=Cu、Zn、Cd）N（N=Sb、Sn）Se₄熱電材料的方法主要采用熔融后固相反應的方法。由于Se、Zn和Cd的熔點均較低，在長時間反應過程中，揮發嚴重，從而破壞了Cu₂M（M=Cu、Zn、Cd）N（N=Sb、Sn）Se₄化合物的化學計量比，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、高效節能、低成本的制備工藝成為研究者關注的熱點。

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Cu_xMSn_ySe₄熱電材料粉體的新方法，該方法具有反應速度快、工藝簡單、對設備要求低、能耗低、對環境無污染，并且能精確控制產物化學計量比等優點。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種自蔓延高溫快速一步合成Cu_xMSn_ySe₄熱電材料粉體的方法，它包括以下步驟：

（1）熱電材料的化學組成Cu_xMSn_ySe₄，M為?Sb、Zn、Cd中的任意一種，x為2或3，y為1或0；當熱電材料的化學組成Cu₃SbSe₄時，按計量比Cu：Sb：Se=3:（1.01~1.02）:4選取Cu粉、Sb粉、Se粉作為原料，稱量后混合均勻得到反應物；當熱電材料的化學組成Cu₂ZnSnSe₄時，按計量比Cu：Zn：Sn：Se=2:1:1:4選取Cu粉、Zn粉、Sn粉、Se粉作為原料，稱量后混合均勻得到反應物；當熱電材料的化學組成Cu₂CdSnSe₄時，按計量比Cu：Cd：Sn：Se?=2:1:1:4選取Cu粉、Cd粉、Sn粉、Se粉作為原料，稱量后混合均勻得到反應物；

（2）將步驟1）所述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Cu_xMSn_ySe₄熱電材料粉體。

上述方案中，所述步驟1）中Cu粉、Cd粉、Sn粉、Se粉、Zn粉、Sb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，所述恒溫起爆的反應溫度為300℃或大于300℃，優選300-500℃。

上述方案中，所述恒溫起爆方法為：在所述氣氛下，將反應物放入300℃恒溫爐里，自蔓延反應發生，30s后反應完成。