[發(fā)明專利]一種一步制備Cu

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610865029.5
• 申請日: 2016-09-29
• 公開（公告）號: CN107887495B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐新峰;楊東旺;周夢蘭;蘇賢禮;鄢永高
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/18;H01L35/34
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮

本發(fā)明首次公開了一種一步制備Cu₂Se/BiCuSeO復(fù)合熱電材料的方法，具體步驟為：1)以Cu粉、Se粉和Bi₂SeO₂粉為原料，按配比混合得到反應(yīng)物；2)將所得反應(yīng)物引發(fā)燃燒合成反應(yīng)，之后冷卻，一步得到Cu₂Se/BiCuSeO復(fù)合熱電材料粉體；3)將得到的復(fù)合物研磨成粉，進行等離子體活化燒結(jié)，得到Cu₂Se/BiCuSeO塊體復(fù)合熱電材料。本發(fā)明涉及的工藝簡單、制備時間短，制備的Cu₂Se/BiCuSeO復(fù)合熱電材料性能極為優(yōu)越。當(dāng)BiCuSeO含量為0.1％時，在973K，ZT_max＝2.67。本發(fā)明為Cu₂Se/BiCuSeO塊體復(fù)合熱電材料的規(guī)模化制備和大規(guī)模應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱電材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種一步制備Cu₂Se/BiCuSeO復(fù)合熱電材料的方法。

背景技術(shù)

熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)利用熱電材料直接將熱能與電能進行相互轉(zhuǎn)換，具有系統(tǒng)體積小、可靠性高、不排放污染物質(zhì)、適用溫度范圍廣、有效利用低密度能量等特點，在工業(yè)余廢熱和汽車尾氣廢熱的回收利用、高精度溫控和特種電源技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。熱電材料的轉(zhuǎn)換效率由無量綱熱電優(yōu)值ZT(ZT＝α²σT/κ，其中α為Seebeck系數(shù)、σ為電導(dǎo)率、κ為熱導(dǎo)率、T 為絕對溫度)決定。ZT越大，材料的熱電轉(zhuǎn)換效率越高。目前研究較多的高性能熱電材料一般是Te基的，如PbTe和Bi₂Te₃。Te元素在地球中的儲量稀少、價格昂貴，同時它也是太陽能電池的主要組成元素，這些因素都極大地制約著Te基熱電材料的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用和可持續(xù)性發(fā)展。因此開發(fā)儲量豐富、價格低廉的高性能熱電材料及尋求低成本超快速的制備方法具有重要意義。

近年來Cu₂Se化合物以其優(yōu)異的熱電性能受到研究者的廣泛關(guān)注，因為其是典型的“聲子液體”，表現(xiàn)出的橫波阻尼效應(yīng)使得其具有極低的晶格熱導(dǎo)率。同時，由于Cu和Se的來源豐富、價格便宜，使得Cu₂Se化合物在大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)上具有巨大潛力。

此外，新型四元BiCuSeO化合物由具有導(dǎo)電功能的(Cu₂Se₂)^2-層及熱絕緣功能的(Bi₂O₂)²⁺層構(gòu)成，獨特的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的量子限域效應(yīng)可實現(xiàn)電熱輸運性能的獨立調(diào)控。該材料具有很低的熱導(dǎo)率，同時，未摻雜樣品的電性能較差，通常通過提高其電導(dǎo)率優(yōu)化熱電性能，例如結(jié)構(gòu)內(nèi)引入Cu空位或Bi/Cu雙空位，Bi位摻雜堿金屬、堿土元素或重元素Pb，Se位固溶 Te等。由于材料低的熱導(dǎo)率及優(yōu)化的電輸運性能，材料的熱電優(yōu)值ZT在900K左右超過1。由于此化合物具有熱電性能優(yōu)異、組成元素價格低廉及綠色無毒等特點，使其在中高溫?zé)犭姲l(fā)電領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

因此，尋求一種簡便節(jié)能、綠色環(huán)保，且同時制備原位復(fù)合的Cu₂Se/BiCuSeO的方法，將橫波阻尼效應(yīng)及量子限域效應(yīng)集成在一種材料中優(yōu)化熱電性能具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種一步制備Cu₂Se/BiCuSeO復(fù)合熱電材料的方法，其涉及的工藝簡單、制備時間短，所合成的Cu₂Se/BiCuSeO復(fù)合物性能極為優(yōu)越，為其規(guī)模化制備和大規(guī)模應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種一步制備Cu₂Se/BiCuSeO復(fù)合熱電材料的方法，它包含如下步驟，

1)以Cu粉、Se粉和Bi₂SeO₂粉為原料，按一定的化學(xué)計量比混合得到反應(yīng)物；