[發明專利]熱電材料氮化鉻及其制備方法

在審

• 申請號: 201710247968.8
• 申請日: 2017-04-17
• 公開（公告）號: CN107128886A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 王超;夏峻峰;姜晶;周婷;牛夷;陳乙德;張蕊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C01B21/06
• 分類號: C01B21/06;C04B35/58
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明屬于熱電材料領域，具體涉及氮化鉻熱電材料的制備方法以及熱電相關參數的測試，探究了其在熱電應用領域里的潛在價值。

背景技術

熱電材料是一種能將熱能和電能相互轉換的功能材料，基于塞貝克效應和帕爾貼效應，可以分別用于溫差發電和靜態制冷，且有無污染，無機械轉動，無噪音，安裝靈活可靠性高等優點。目前，熱電材料在軍事、航空航天、工業廢熱利用、汽車尾氣廢熱利用等領域已經展現出蓬勃發展的趨勢，擁有極大的商業潛力。

熱電材料的熱電性能可由無量綱值ZT評估(ZT＝S²σT/K)其中S為塞貝克系數，表示單位開爾文溫差產生的塞貝克電壓，σ為電導率，T為開爾文溫度，K為熱導率。ZT值越高，熱電材料的轉換效率越高。出于節能環保、降低成本的角度考慮，高ZT值熱電材料一直是研究者們追求的目標。同時在軍事和航空航天等領域的應用中，對熱電材料及器件的物理和機械性能則有較高的要求。目前，Bi2Te3、PbTe、SiGe、Skutterudite、Zintl合金、Clathrate、Half-heusler合金、金屬氧化物、硫族化合物和p-Zn4Sb3、FeSb2、Mg2Si等材料因具有成為高ZT值熱電材料的潛力而受到廣泛關注。但是大部分材料由于機械性差和在高溫環境下不穩定的原因，很難應用于特殊環境。探究能應用在極端條件下的熱電材料，具有極其重要的實際意義。氮化鉻熱電材料因為具備良好的物理和機械性能，是一種潛在的能應用于極端條件下的熱電材料。

工業上氮化鉻通常是通過金屬鉻或鹵化鉻與氨在約1000℃的溫度下反應制備。反應通常需要非常長的時間(細粉末2或3周)，由于制備周期過長，大大降低了氮化鉻產業的生產效率和經濟效益。其它制備氮化鉻的方法如機械合金法、苯熱法、高能球磨法等由于生產周期長、制備的氮化鉻純度不夠高、對反應條件苛刻等原因都不適合于大規模投入生產適用。因此探究一種快速高效制備氮化鉻的方法，具有很重要的實際應用意義。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種高純度氮化鉻的制備方法和其潛在的熱電領域的使用價值。本發明制備的氮化鉻方法工藝簡單，大大縮短了生產制備周期，可以用于大規模生產。另外氮化鉻材料由于其良好的物理和機械性能，廣泛應用于耐磨涂層材料，本發明探究了它在熱電領域的使用價值，材料的ZT值在575℃時可以達到0.104，是一種潛在的中高溫熱電材料。

本方案的技術方案如下：將氮化鉻應用于熱電材料領域。

熱電材料氮化鉻的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：取一定量的Cr(NO3)3.9H2O和聚乙二醇粉末，加去離子水進行超聲混合；緩慢滴加氨水調整溶液PH值8—9，待溶液沉淀，靜置過濾洗滌干燥沉淀，得到墨綠色的Cr(OH)3粉末；

步驟2：將干燥的Cr(OH)3粉末在CVD管式爐中退火，得到墨綠色的Cr2O3粉末；

步驟3：將所得Cr2O3粉末在CVD管式爐中通入氨氣進行氮化，得到黑色粉末氮化鉻；

步驟4：將所得的氮化鉻粉末研磨后放入模具，熱壓燒結成塊體，得到本發明所述的氮化鉻熱電材料。

進一步的，所述步驟1中Cr(NO3)3.9H2O、PEG、去離子水的比例為：16.000g:8.000g:400ml，混合超聲時間為0.5—1h，靜置時間為6—12h，干燥溫度為60℃，干燥時間為12—24h。

進一步的，所述步驟2中退火溫度為500—700℃，退火時間為2—4h。

進一步的，所述步驟3中氨氣流量為100—200ml/min，氮化溫度在800—1000℃，氮化時間為8—12h。

進一步的，所述步驟4中熱壓的壓力為50—80MPa，燒結溫度為700—1000℃，燒結時間為10—30min。

進一步的，所述步驟4中加壓燒結方式采用的模具為石墨模具，貼合石墨模具內壁及上下壓頭按放一層石墨紙，使樣品在燒結時不直接與石墨模具接觸；樣品在熱壓時，熱壓機爐體抽真空并持續通氬氣或氮氣，防止樣品被氧化。

本發明制備的氮化鉻方法工藝簡單，大大縮短了生產制備周期，可以用于大規模生產。

附圖說明

圖1為本發明提供的氮化鉻熱電材料的制備方法流程示意圖。