[發(fā)明專利]一種快速制備高性能Mg2Si0.3Sn0.7基熱電材料的新方法

有效

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• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103320636A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 唐新峰;張強;鄭云;柳偉;尹康
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;H01L35/14;H01L35/34
• 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)明屬于新能源材料領域，具體涉及一種Mg₂Si_0.3Sn_0.7基熱電材料的制備方法。

背景技術

能源和環(huán)境對于達成可持續(xù)發(fā)展的目標起著至關重要的作用。能源可以使社會經(jīng)濟得到長足的發(fā)展，但同時也會不可避免地造成環(huán)境的惡化。由于現(xiàn)階段能源的緊缺狀況和環(huán)境污染的日益嚴重，有效的發(fā)展新能源材料成為了國際上重點關注的話題。熱電轉(zhuǎn)換技術，可以實現(xiàn)熱能與電能之間的直接轉(zhuǎn)換，對減少化石能源的消耗和減輕社會環(huán)境的惡化，起到了不容忽視的作用。熱電材料，基于Seebeck效應，可以利用廢熱（工業(yè)廢氣廢熱，汽車尾氣廢熱等）進行發(fā)電，從而可以減輕能源的消耗和環(huán)境的惡化。

熱電材料能直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能，具有無傳動部件、體積小、無噪音、無污染、可靠性好等優(yōu)點，在汽車廢熱回收利用、工業(yè)余熱發(fā)電方面有著巨大的應用前景。熱電材料的轉(zhuǎn)換效率主要由無量綱熱電優(yōu)值ZT（ZT=a?²s?T/k，其中a為Seebeck系數(shù)、s為電導率、k為熱導率、T為絕對溫度）決定，ZT越大，材料的熱電轉(zhuǎn)換效率就會越高。

Mg₂Si_0.3Sn_0.7基固溶體是立方反螢石結構，由于其原料儲量豐富、無毒，價格低廉，密度小，熱電性能優(yōu)異，并且此體系的n-型材料熱電優(yōu)值ZT最高可達1.3，因而受到了國際熱電領域的高度關注。

目前，Mg₂Si_0.3Sn_0.7基熱電材料的合成主要采用熔融法和固相反應法。然而，組成元素較大的熔點差異，Sn的熔點232℃，Mg的熔點649℃，Si的熔點1414℃，以及Mg的高飽和蒸汽壓和強反應活性（對玻璃管腐蝕相當嚴重），使得熔融法并不能獲得組成的精確控制（Mg的揮發(fā)和氧化等）。低溫固相反應，雖然較好地改善了Mg的揮發(fā)損失，但是反應時間較長，并且反應次數(shù)較多，反應所需總時間為48h。因此，一種簡單快捷、能耗少的合成方法對于Mg₂Si_0.3Sn_0.7基熱電材料來說，顯得非常重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術存在的不足而提供一種快速制備高性能Mg₂Si_0.3Sn_0.7基熱電材料的新方法，該方法工藝簡單，制備時間短，得到的致密塊體成分分布均勻、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：

一種快速制備高性能Mg₂Si_0.3Sn_0.7基熱電材料的新方法，它包括如下步驟：

1）1）以Mg粉、Si粉、Sn粉和Sb粉為原料，按Mg_2(1+0.08)(Si_0.3Sn_0.7)_1-ySb_y?(Mg過量8%是為了補償Mg的揮發(fā)損失，Sb為摻雜元素，0≤y≤0.025)?熱電材料中各原子的化學計量比進行稱量，將原料粉體在研缽中混合均勻，將混合均勻的粉末壓成塊體；

2）將所得塊體置于石墨坩堝后，再置于熔體旋甩急冷設備中進行熔融旋甩，得到Mg₂(Si_0.3Sn_0.7)_1-ySb_y（0≤y≤0.025）帶狀產(chǎn)物；

3）將上一步所得的Mg₂(Si_0.3Sn_0.7)_1-ySb_y（0≤y≤0.025）帶狀產(chǎn)物研磨成粉末，對其進行放電等離子體活化（PAS，Plasma?Activated?Sintering）燒結，得到高性能Mg₂(Si_0.3Sn_0.7)_1-ySb_y（0≤y≤0.025）熱電材料。

按上述方案，所述的步驟1）中，Mg粉、Si粉、Sn粉和Sb粉的質(zhì)量純度均大于等于99.9%。