[發(fā)明專利]一種熱電材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710460782.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-18
• 公開（公告）號(hào): CN109136639A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉葉烽;游理;駱軍;張繼業(yè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C11/00
• 分類號(hào): C22C11/00;C22C1/05;H01L35/20
• 代理公司: 杭州聚邦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33269
• 代理人: 蔣全強(qiáng)

本發(fā)明涉及一種熱電材料，包括以下摩爾比的組分：1000摩爾份的Pb，1000摩爾份的Se，1～10摩爾份Cu。還涉及一種熱電材料的制備方法，將1000摩爾份的Pb粉、1000摩爾份的Se粉、1～10摩爾份Cu粉混合燒結(jié)成塊，再熱壓成型。本發(fā)明的熱電材料電輸運(yùn)性能優(yōu)異且晶格熱導(dǎo)率低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱電材料以及該熱電材料的制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在世界能源快速消耗，環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，對(duì)可持續(xù)發(fā)展的清潔能源的需求愈演愈烈。熱電材料是一種能夠利用內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能相互直接轉(zhuǎn)換的功能材料，因此熱電器件具有一定的優(yōu)勢(shì)，比如沒有移動(dòng)部件、無噪音、使用壽命長(zhǎng)等，并可應(yīng)用于多種領(lǐng)域，大到如航空、航天領(lǐng)域，小到如日常生活、商用發(fā)電制冷等，它作為一種具有廣泛應(yīng)用前景的環(huán)境友好材料隨著能源的問題的加劇而得到了越來越多的關(guān)注與研究。

PbTe作為一種性能優(yōu)異的中溫區(qū)熱電材料，對(duì)其熱電性能各方面的研究已比較完善和成熟。但是從客觀角度考慮，Te是一種地殼中含量比較少的元素，且價(jià)格較貴，限制了PbTe實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

PbSe作為一種鉛的硫族化合物，性質(zhì)和PbTe類似，也具有優(yōu)異的熱電性能，從而得到廣泛的研究，并已有研究證明它有望成為PbTe的替代品。PbSe相對(duì)于PbTe而言，在相同載流子濃度和相同溫度下的Seebeck系數(shù)都較小，如何增大Seebeck系數(shù)，提高P型PbSe的熱電性能是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種電輸運(yùn)性能優(yōu)異且晶格熱導(dǎo)率低的熱電材料及其制備方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的一種技術(shù)方案是：一種熱電材料，包括以下摩爾比的組分：1000摩爾份的Pb，1000摩爾份的Se，1～10摩爾份Cu。

所述Cu的摩爾份是1.25～7.5摩爾份。

所述Cu的摩爾份是2.5～3.75摩爾份。

所述Cu的摩爾份是2.5摩爾份。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提出的另一種技術(shù)方案是：一種熱電材料的制備方法，將1000摩爾份的Pb粉、1000摩爾份的Se粉、1～10摩爾份Cu粉混合燒結(jié)成塊，再熱壓成型。

配料混合時(shí)采用氬氣保護(hù)

燒結(jié)時(shí)采用氬氣保護(hù)，以1.5℃/min ～5℃/min的速度從室溫升溫至1080℃～1200℃，保溫10h～50h，然后爐冷。

熱壓成型時(shí)，壓力為60MPa～70MPa，溫度為580℃～620℃，保持10min～20min。

所述Cu的摩爾份是2.5～3.75摩爾份。

所述Cu的摩爾份是2.5摩爾份。

本發(fā)明具有積極的效果：本發(fā)明的熱電材料在PbSe材料中摻雜了Cu，Cu在PbSe中的固溶度非常小，但在高溫下的固溶極限會(huì)明顯增加。Cu對(duì)電性能和熱性能有雙重影響作用：一方面間隙Cu固溶度隨溫度增加而增大，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)溫區(qū)的載流子濃度優(yōu)化，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的電輸運(yùn)性能；另一方面，由于高溫下Cu的進(jìn)一步溶解，以及間隙Cu的擴(kuò)散，大大增強(qiáng)了對(duì)聲子的散射作用，顯著地降低了樣品的晶格熱導(dǎo)率。摻雜Cu的PbSe樣品的熱電性能得到極大的提高，ZT值最高達(dá)到約1.3，具備較好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1至4樣品的載流子濃度隨溫度變化的情況圖。

圖2是實(shí)施例1至5樣品的的功率因子隨溫度變化的曲線圖。

圖3是實(shí)施例1至5樣品的總熱導(dǎo)率隨溫度變化的曲線圖。