[發(fā)明專利]一種Ag2X塊體熱電材料的超快速合成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510747203.1
• 申請(qǐng)日: 2015-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN105420529A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐新峰;楊東旺;付婕妃;蘇賢禮;鄢永高
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/04
• 分類號(hào): C22C1/04;C22C5/06;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(wàn)榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱電材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ag₂X塊體熱電材料的超快速合成方法。

背景技術(shù)

近十幾年來，能源和環(huán)境問題已經(jīng)逐漸凸顯，能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益引發(fā)關(guān)注。目前，全球每年消耗的能源中約有70％以廢熱的形式被浪費(fèi)掉，如果能將這些廢熱進(jìn)行有效的回收利用，將極大的緩解能源短缺的問題。熱電材料能直接將熱能轉(zhuǎn)換成電能，具有無(wú)傳動(dòng)部件、體積小、無(wú)噪音、無(wú)污染、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用前景。熱電材料的轉(zhuǎn)換效率由無(wú)量綱熱電優(yōu)值ZT決定(ZT＝α²σT′/κ，其中α為Seebeck系數(shù)、σ為電導(dǎo)率、κ為熱導(dǎo)率、Τ為絕對(duì)溫度)。ZT越大，材料的熱電轉(zhuǎn)換效率越高。

化合物Ag₂Se、Ag₂Te在熱-電能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域占據(jù)重要地位，因?yàn)槠涫莾?yōu)良的熱電材料。目前，化合物Ag₂Se、Ag₂Te的合成方法主要集中在水熱法、溶劑熱法等，這些在溶液中制備Ag₂Se、Ag₂Te的方法，經(jīng)常需要復(fù)雜的反應(yīng)過程和嚴(yán)格的反應(yīng)條件。更為遺憾的是，需要使用一些有毒的化學(xué)試劑，耗時(shí)耗能，污染環(huán)境。而采用常規(guī)的長(zhǎng)時(shí)間的高溫熔融法、高溫固相反應(yīng)法制備，則對(duì)設(shè)備要求苛刻，同時(shí)耗能，容易造成Se或Te的缺失，難以精確控制成分。因此，尋求一種常溫、簡(jiǎn)便節(jié)能、綠色環(huán)保、可精確控制成分及微結(jié)構(gòu)的Ag₂Se、Ag₂Te制備及快速致密化技術(shù)顯得迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種Ag₂X塊體熱電材料的合成方法，其制備工藝簡(jiǎn)單、快速，并可精確控制產(chǎn)物組分，綠色環(huán)保，適宜規(guī)模化生產(chǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種Ag₂X塊體熱電材料的合成方法，它以Ag和X單質(zhì)為原料，混合均勻后，在常溫條件下將混合原料在壓力場(chǎng)作用下進(jìn)行壓制，壓制過程中原料的反應(yīng)和產(chǎn)物的致密化過程一步完成，制得致密的Ag₂X塊體熱電材料，其中X為Se或Te。

上述方案中，所述單質(zhì)Ag和X以(1.8～2):(1～1.1)的摩爾比進(jìn)行精確控制。

上述方案中，所述壓制過程為：在2～5GPa下保壓1～5min。

優(yōu)選的，所述壓制過程為：在2.5～3.5GPa下保壓1～5min。

上述方案中，所述混合原料施加壓力前可進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓過程為：在5～10MPa下保壓5～20min。

根據(jù)上述方案可在15min內(nèi)可以制得致密的Ag₂X塊體熱電材料(X為Se或Te)，制備的Ag₂Se、Ag₂Te塊體致密度均在97％以上，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)高溫致密化技術(shù)(如SPS、PAS等)的致密化水平，且能有效避免熱處理過程溫度梯度帶來的Ag⁺遷移現(xiàn)象，促進(jìn)Ag₂X化合物在熱電材料領(lǐng)域中的應(yīng)用。

根據(jù)上述方案制得的Ag₂X塊體熱電材料，在107℃溫度條件下，Ag₂Se塊體熱電材料的熱電優(yōu)值ZT_max＝0.65；在127℃溫度條件下Ag₂Te塊體熱電材料的熱電優(yōu)值ZT_max＝0.7。

將根據(jù)上述方案制備的Ag₂Se塊體熱電材料真空密封于石英玻璃管中，并置于馬弗爐中加熱至250～350℃退火1.5～2.5h，得退火Ag₂Se塊體熱電材料。熱電性能測(cè)試結(jié)果表明，在116℃溫度條件下，其熱電性能ZT_max＝1.1，遠(yuǎn)高于室溫高壓法、熔融-熱壓法、熔融-SPS法、熔融-PAS法、動(dòng)態(tài)/靜態(tài)載荷-SPS法等制備的塊體材料。

以上述內(nèi)容為基礎(chǔ)，在不脫離本發(fā)明基本技術(shù)思想的前提下，根據(jù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和手段，對(duì)其內(nèi)容還可以有多種形式的修改、替換或變更。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明首次公開了一種Ag₂X塊體熱電材料的超快速合成方法，整個(gè)制備過程在幾分鐘內(nèi)完成，同時(shí)制備工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保，適宜規(guī)模化生產(chǎn)。