[發(fā)明專利]Zn元素摻雜Mg2Si基熱電材料

有效

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• 申請日: 2014-04-12
• 公開（公告）號: CN103915559A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設計）人: 杜正良;崔教林
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: H01L35/14
• 分類號: H01L35/14;H01L35/34
• 代理公司: 杭州豐禾專利事務所有限公司 33214
• 代理人: 張強

技術領域

本發(fā)明涉及熱電材料，尤其是涉及一種Zn元素摻雜Mg₂Si基熱電材料。?

技術背景

熱電材料是一種實現(xiàn)熱能與電能相互轉(zhuǎn)換的功能材料。在熱電材料兩端有溫度差存在時，它可將熱能轉(zhuǎn)換為電能。相比傳統(tǒng)發(fā)電方式，熱電材料制成的發(fā)電器件具有無機械運動部件、無噪音、無磨損、結(jié)構簡單、形狀可設計等一系列突出優(yōu)點。并且它可用于工業(yè)廢熱、汽車尾熱的回收利用。在熱電材料中通入電流時，它可將電能轉(zhuǎn)換為熱能，一端吸熱而另一端放熱。這種特性可用于制冷。采用熱電材料制成的制冷裝置具有很多優(yōu)點，比如無需化學介質(zhì)且體積小等。在醫(yī)用與家用冰箱、車用家用空調(diào)、激光探測器和計算機芯片的冷卻等方面具有廣闊的應用前景。?

熱電材料的性能用熱電優(yōu)值Z=α²σ/κ衡量，其中α、σ、κ分別為材料的塞貝克系數(shù)、電導率與熱導率，絕大多數(shù)的優(yōu)質(zhì)熱電材料含有毒元素且價格昂貴，而Mg₂Si基熱電材料具有元素儲量豐富、成本很低、環(huán)境友好等一系列特點，但Mg₂Si基熱電材料的熱電性能較低，有待于進一步提高。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種Zn摻雜Mg₂Si基熱電材料，通過Zn摻雜，提高了載流子濃度，進而提高了材料的電導率與熱電性能。?

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案如下：Zn元素摻雜Mg₂Si基熱電材料，熱電材料的化學組成為Mg_xZn_ySi_0.99Sb_0.01,其中x=1.9～1.925,y=0.075～0.1。?

Zn元素摻雜Mg₂Si基熱電材料的制備方法，其包括以下具體步驟：1）將原料試樣按化學計量比Mg_xZn_ySi_0.99Sb_0.01（其中Mg元素過量5%）研磨均勻后?置于坩堝中；2）將步驟1中的原料試樣放入熱處理爐中進行熔煉；3）取出步驟2中的原料試樣并研磨成粉末，真空放電等離子燒結(jié)15min，得到3.75%～5%Zn摻雜Mg_xZn_ySi_0.99Sb_0.01塊狀樣品。?

為了獲得更好的技術效果，作為優(yōu)選的，上述的鎂、鋅、硅、銻的純度均在99%以上。?

為了獲得更好的技術效果，進一步的技術改進在于，上述步驟2中的原料試樣在放入熱處理爐中進行熔煉之前其上方覆蓋有氧化硼粉末。這樣設置，氧化硼在熔煉溫度700度時，會融化形成一層液體薄膜，覆蓋在原料試樣上方，阻止了原料試樣與外界的接觸，起到一個密封作用，尤其是阻止了Mg的氧化和揮發(fā)。?

為了獲得更好的技術效果，進一步的技術改進在于，原料試樣在熱處理爐中的溫度為700℃，時間為10小時。?

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明Zn摻雜Mg₂Si基熱電材料的熱電性能優(yōu)于現(xiàn)有的Mg₂Si材料，其機理是Zn元素具有和堿土金屬類似的性質(zhì)，當Zn元素加入后，容易取代Mg位，作為施主摻雜，提供導電電子作為載流子，提高了Mg₂Si基熱電材料的電導率，從而提高材料的Z值（熱電優(yōu)值），填補了Mg₂Si基熱電材料用Zn摻雜的空白。?

具體實施方式

以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。?

實施例1。?