[發明專利]一種Bi2Te3-xSx熱電材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410844212.8
• 申請日: 2014-12-30
• 公開（公告）號: CN104591103A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 方海生;趙超杰;張之;張夢杰;田俊;王森
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;C01G29/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于熱電材料及其制備方法，具體涉及一種Bi₂Te_3-xS_x熱電材料及其制備方法。

技術背景

熱電學起源于三個與熱電轉換有關的基本效應：塞貝克效應(Seebeck?effect)、帕爾貼效應(Peltier?effect)和湯姆遜效應(Thomson?effect)，基于這三個效應，就可以制造出能夠實現熱能與電能相互轉換的熱電器件。由于熱電現象在低品位熱能方面所表現出的利用價值，以及其穩定可靠，無污染的運作特性，現在熱電材料在熱電發電和熱電制冷兩個方面得到了大規模的運用。

絕大多數的熱電材料都有一個相同的性質，就是熱電性能受溫度的影響很大，根據不同熱電材料運用溫度的不同，通常將其分為室溫熱電材料(以Bi₂Te₃基合金為代表)，中溫熱電材料(400-700K，以PbTe合金為代表)，高溫熱電材料(800-1000K，以SiGe合金為代表)三種。作為室溫下最有運用潛力的熱電材料，Bi₂Te₃基熱電材料具有較高的導電性和較低的導熱性，一直是人們研究的重點，被大量應用于廢熱回收、溫差發電、制冷和醫療等各種領域。因為溫度升高對于熱電性能的不利影響主要體現在電學性能的降低上，當Bi₂Te₃基熱電材料用于中溫時，電學性能降低；而以PbTe合金為代表的現有中溫熱電材料含有重金屬等原因，在熱電材料的制備以及熱電器件的使用過程中，都會對環境造成一些不利的影響。

發明內容

本發明提供一種Bi₂Te_3-xS_x熱電材料，同時提供其制備方法，目的在于提高本來用于低溫區的Bi₂Te₃基熱電材料在中溫區內的相關熱電性能，同時解決現有中溫熱電材料對環境造成不利影響的問題。

本發明所提供的一種Bi₂Te_3-xS_x熱電材料，包括鉍、碲元素，其特征在于：

其按照Bi₂Te_3-xS_x的化學計量式確定的原子比將鉍粉、碲粉、硫粉稱重混合，經機械合金化處理和燒結制得，0＜X＜3。

所述的Bi₂Te_3-xS_x熱電材料，其進一步特征在于：

機械合金化處理前，原料中加入0.5at.％～1at.％的銅粉，以獲得更好的重復性。

所述的Bi₂Te_3-xS_x熱電材料制備方法，其特征在于，包含下列步驟：

(1)以鉍粉(Bi)、碲粉(Te)、硫粉(S)為原料，按照所合成Bi₂Te_3-xS_x的化學計量式確定的原子比將原料稱重混合，用于后續操作需要，0＜X＜3；

(2)將步驟(1)混合后的原料放置于球磨罐中，在氬氣保護氛圍下進行機械合金化處理，球磨罐中磨球的直徑5mm～10mm；

(3)將步驟(2)機械合金處理所得的粉料裝入石墨模具中，在等離子燒結爐中進行燒結，燒結環境為真空，得到塊體材料。

所述步驟(1)中所述各原料的質量純度均大于99.99％，使用前對碲粉(Te)、鉍粉(Bi)分別過100～200目篩；

所述步驟(2)中，球磨罐中的球料質量比為15:1～20:1，轉速為350～500rpm，球磨時間為12～20h。

所述步驟(3)中，燒結溫度320℃～450℃，升溫時長40min～60min，保溫時長10min～15min，燒結壓力35MPa～50MPa。

上述制備方法中，所述步驟(1)中，原料中可以加入0.5at.％～1at.％的銅粉，以獲得更好的重復性，所述銅粉的質量純度大于99.99％。