[發明專利]一種基于Te單質的熱電材料制備方法

有效

• 申請號: 201710077552.6
• 申請日: 2017-02-14
• 公開（公告）號: CN106829884B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 宿太超;楊曼曼;朱紅玉;胡美華;胡強;李尚升
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: C01B19/04
• 分類號: C01B19/04
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

本發明提供一種基于Te單質的熱電材料制備方法。所述制備方法包括如下步驟：1)將原料置于球磨罐中，所述原料包括按一定摩爾比混合的Te粉和摻雜元素粉末，原料包括99％以上的Te，以及Bi、Sb或Ag中的任意一種或幾種的混合物；2)對球磨罐進行去氧和/或保護處理，并將經處理的球磨罐固定在球磨機上，以預定轉速進行濕法球磨，持續預定時間段；3)對經濕磨后的產物進行干燥處理，得到干燥粉末；4)對所得到的干燥粉末進行研磨，并將經研磨后的粉末壓制成塊體；5)將壓制成的塊體進行高壓燒結，得到Te基熱電材料。本發明的方法工藝簡單、周期短，適合大規模工業生產。基于單質進行生產，生產過程易控、成品率高。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體而言，本發明涉及高壓合成工藝領域，尤其是基于Te單質的熱電材料制備方法。

背景技術

近年來以石油為代表的傳統化石能源日益枯竭，價格不斷攀升。同時化石能源的大量使用導致了環境日益惡化。能源和環境問題迫使人們對新能源及能源轉換材料越來越重視。熱電材料是一種能夠實現熱能和電能直接轉換的功能材料，利用它可做成溫差發電機，從而有效地利用工業中大量的余熱、廢熱。熱電器件沒有任何機械運動部件，也無需流動的物質作為能量轉換介質，因此具有便攜、性能可靠、無污染、無噪音、使用壽命長等優點。

熱電材料是一種能夠實現熱能和電能直接相互轉換功能的材料。目前研究較為成熟的熱電材料包括：應用于低溫區(300-500K)的Bi₂Te₃及其固溶體合金、應用于中溫區(600-900K)的PbTe等。而適合500-600K工作的熱電材料鮮有報道。

傳統的熱電材料以兩種及以上元素組成的化合物為基體材料，多組分材料在制備過程中，往往存在操作程序復雜、目標產物成分容易偏析、制備周期長、成本高、重復性不好等缺點，對資源和環境的負擔較重。

名稱為“一種熱電化合物制備方法”的中國專利申請201410053508.8中公開了一種熱電化合物制備方法，其包括：1)配料步驟、2)干法球磨步驟、3)濕法球磨步驟、4)干燥步驟、5)壓制步驟和6)燒結步驟。這種制備方法是基于PbS和SnS進行的熱電化合物制備，其采用配比大致為1:1的Pb單質和S單質進行熱電化合物制備。但是，其必須通過對兩種原料的進一步摻雜才能獲得品質因子較高的熱電材料。如上面提到的，多組分材料在制備過程中，往往存在操作程序復雜、目標產物成分容易偏析、制備周期長、成本高、重復性不好等缺點，對資源和環境的負擔較重。

目前尚未見到有基于單質的熱電材料方面的報道，因此，如果能夠實現一種基于單質的熱電材料，其對熱電材料的發展意義重大。

發明內容

針對上述問題，本發明希望提供一種新的熱電材料制備方法，一種簡單的制備方法。以便獲適合在500～600K溫度區間工作的組分簡單的高性能熱電材料并縮減制備周期、提高重復性降低成本和能耗。

具體而言，本發明提供一種基于Te單質的熱電材料制備方法，其特征在于，所述方法包括：

1)配料步驟，所述配料步驟包括：將用于制備熱電材料的原料單質按相應比例放置于球磨罐中，并對所述原料進行去氧和/或保護處理；

2)濕法球磨步驟，所述濕法球磨步驟包括：在所述球磨罐中加入揮發性液體，并將經處理的球磨罐固定在球磨機上，以預定轉速進行濕磨，持續預定時間段；

3)干燥步驟，所述干燥步驟包括：對經過濕法球磨步驟所獲得的產品進行干燥處理，得到干燥粉末；

4)壓制步驟，所述壓制步驟包括：將經干燥處理的產品放入模具中并利用壓片機壓制成塊體；

5)燒結步驟，所述燒結步驟包括：將壓制成的塊體進行高壓燒結，得到致密塊體，得到所需的熱電材料。

在一種優選實現方式中，所述原料單質包括Te，其占所有原料的摩爾比的至少99.5％。