[發明專利]一種超快速制備n型碲化鉍基塊體熱電材料的方法

有效

• 申請號: 201710108538.8
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN107331766B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 唐新峰;鄭剛;舒月姣;胡鐵錚;蘇賢禮;鄢永高
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/16;C01B19/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;張秋燕

本發明提供了一種超快速制備n型碲化鉍基塊體熱電材料的方法，具體步驟為：1)按Bi₂Te_3?xSe_x(0≤x≤3)中各元素的化學計量比稱量Bi粉、Te粉和Se粉，混合均勻后壓制成塊；2)將所壓塊體置于模具中，引發合成反應后在極短時間內迅速加壓，保壓較短時間即可得到單相Bi₂Te_3?xSe_x化合物塊體材料。本發明采用引發合成反應后迅速加壓工藝，在1min內制備出n型碲化鉍基塊體熱電材料，致密度大于98％，在373K可取得最大ZT值0.42，具有工藝簡單、設備要求低、制備周期短、節能環保等優點，便于碲化鉍基熱電材料的大規模工業化生產。

技術領域

本發明屬于新能源材料領域，具體涉及一種超快速制備n型碲化鉍基塊體熱電材料的方法。

背景技術

全球每年消耗的能源中約有70％以廢熱的形式被浪費掉，如果能將這些廢熱進行有效的回收利用，將極大的緩解能源短缺的問題。熱電轉換技術是利用半導體熱電材料的賽貝克(Seebeck)效應和珀爾帖(Peltier)效應將熱能和電能進行直接轉換的技術，包括熱電發電和熱電制冷兩種方式。這種技術具有系統體積小、可靠性高、運行成本低、壽命長、制造工藝簡單、環境友好、適用溫度范圍廣等特點，作為特殊電源和精密溫控器件在空間技術、軍事裝備等高新技術領域已經獲得了較多應用。作為一種新型、環境協調型潔凈能源轉換技術，熱電轉換技術近20年來在國際上受到矚目。熱電轉換器件的核心是熱電材料，其轉換效率主要取決于熱電材料的無量綱優值ZT，它由下式表示：ZT＝α²σT/(κ_C+κ_L)，其中α，σ和T分別表示材料的Seebeck系數，電導率和絕對溫度，κ_C、κ_L分別為載流子熱導率和晶格熱導率。

碲化鉍基熱電化合物是國際上研究最早，也是目前發展最為成熟的低溫熱電材料，廣泛應用于熱電制冷器件。目前，商業應用的碲化鉍基熱電材料是采用區熔法制備，但是區熔法制備周期長，需要長時間退火，此外區熔法制備的碲化鉍基材料取向性大、機械加工性差，導致實際器件應用中損壞較大，不利于器件的長期服役和大規模應用，因此近幾年很多科學家和學者致力于研究熱電性能和機械性能均優異的碲化鉍基熱電材料。陳立東等人(Jun Jiang et al,Materials Science and Engineering,2005,117,334～338)利用等離子燒結法制備的n-Bi₂Te_2.7Se_0.3，其最大熱電優值ZT為0.8，同時也獲得了比區熔樣品高出7～8倍的抗彎強度。近期，武漢理工大學唐新峰等人(Gang Zheng,J.Mater.Chem.A,2015,3,6603)采用自蔓延高溫合成結合等離子活化燒結制備的n-Bi₂Te_2.7Se_0.3，其最大熱電優值ZT為0.7。雖然這些方法在一定程度上縮短了制備周期，但是這些方法操作復雜、使用儀器設備昂貴，嚴重制約材料的大規模生產。

因此發展新的制備周期短、操作簡單、設備要求低、適宜工業化生產的高性能碲化鉍基塊體熱電材料的制備技術是其研究面臨的重要課題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種超快速制備n型碲化鉍基塊體熱電材料的方法，該方法不僅具有制備時間短、操作簡單、設備要求低、適宜規模化生產，同時所制備塊體致密度大于98％，且無量綱熱電優值ZT在373K時達到0.42。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種超快速制備n型碲化鉍基塊體熱電材料的方法，該方法為：以Bi、Te和Se作為原料，引發合成反應后采用快速加壓工藝制備n型碲化鉍基塊體熱電材料。

上述超快速制備n型碲化鉍基塊體熱電材料的方法，主要步驟如下：