[發(fā)明專利]一種多金屬共摻雜的GeSe基熱電材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710563828.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-12
• 公開（公告）號(hào): CN109256459B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜鵬;黃志偉;包信和
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號(hào): H01L35/16
• 分類號(hào): H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明涉及一種多金屬共摻雜的GeSe基熱電材料及制備方法，金屬共摻雜的GeSe基熱電材料的化學(xué)分子式是GeA_xB_xSe_1+2x，其中A為一價(jià)金屬Ag，B為三價(jià)金屬Sb，x為金屬A和B的摩爾分?jǐn)?shù)，并且x值的范圍為0到1。GeA_xB_xSe_1+2x熱電材料的制備方法包括球磨混合，熔融反應(yīng)，固體燒結(jié)。首先按照GeA_xB_xSe_1+2x分子式中的摩爾分?jǐn)?shù)稱取Ge,A,B,Se的單質(zhì)粉末，然后將粉末球磨混合均勻，將混勻的粉末封管在高溫下熔融反應(yīng)，然后在適當(dāng)?shù)膲毫蜏囟葪l件下，利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)燒結(jié)成塊體熱電材料。(GeA_xB_xSe_1+2x)熱電材料具有很高的電導(dǎo)和功率因子，較低的熱導(dǎo)，表現(xiàn)出很好的熱電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是熱電領(lǐng)域，是一種多金屬共摻雜的GeSe基熱電材料及制備方法。

背景技術(shù)

熱電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化，作為一種清潔的能源技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。熱電材料的性能可以用無量綱熱電優(yōu)值ZT來衡量，熱電優(yōu)值由下式計(jì)算ZT＝(S²σ/κ)T，其中S是Seebeck系數(shù)，σ是電導(dǎo)率，T是溫度，κ是熱導(dǎo)率，功率因子PF＝S²σ。好的熱電材料需要高的電導(dǎo)率，高Seebeck系數(shù)和低的熱導(dǎo)率。熱電性能的提高可以通過提高功率因子(S²σ)和降低熱導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)。GeSe是一種二維層狀材料，GeSe具有較高的Seebeck系數(shù)，熱導(dǎo)較低，但是低的電導(dǎo)限制了GeSe在熱電領(lǐng)域的應(yīng)用。調(diào)控載流子濃度是提高電導(dǎo)的常用方法。調(diào)節(jié)晶體的結(jié)構(gòu)，提高熱電材料的晶體對(duì)稱性，有利于增加價(jià)帶簡并，從而提高熱電性能。2016年裴艷中研究組通過單金屬摻雜和合金化的方法只能將ZT提高到0.2，仍然比較低，這主要是由于單摻雜只能將載流子濃度提高到10¹⁸cm^-3，GeSe的載流子濃度仍然需要進(jìn)一步提高，以提高其電導(dǎo)和功率因子。目前對(duì)GeSe熱電性質(zhì)的相關(guān)研究還比較少，GeSe的熱電性能的提高仍然面臨著挑戰(zhàn)，通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ苽涓咝阅艿腉eSe基熱電材料具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有新型晶體結(jié)構(gòu)的多金屬共摻雜的GeSe基熱電材料，具有很高的電導(dǎo)和功率因子，較低的熱導(dǎo)，表現(xiàn)出很好的熱電性能。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種多金屬共摻雜的GeSe基熱電材料及制備方法，金屬共摻雜的GeSe基熱電材料的化學(xué)通式是GeA_xB_xSe_1+2x，其中A為金屬Ag，B為Sb，x為金屬A和B的摩爾分?jǐn)?shù)，并且0x≤1。所述金屬A和B摩爾分?jǐn)?shù)比是1:1，優(yōu)化后摩爾分?jǐn)?shù)x的范圍為0.05-0.3。

材料的制備方法如下：

(1)球磨混合：按GeA_xB_xSe_1+2x中的摩爾分?jǐn)?shù)，稱取Ge，A，B，Se元素單質(zhì)的粉末，放入球磨罐中進(jìn)行球磨混合，在一定轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間內(nèi)將粉末球磨均勻；

(2)熔融反應(yīng)：將球磨混合后的粉末冷壓成塊，放入石英管內(nèi)，然后用氫氧火焰真空封管，放入熔融爐中，升溫至熔融溫度，保持一段反應(yīng)時(shí)間，降溫到室溫后得到塊狀材料；

(3)固體燒結(jié)：將熔融后的塊狀材料研磨成粉末，放入燒結(jié)模具中，然后將模具放入燒結(jié)爐中，利用放電等離子燒結(jié)技術(shù)，加壓至設(shè)定壓力，抽真空至1-5Pa，然后加電流升溫，升溫至燒結(jié)溫度，保持此燒結(jié)溫度一段時(shí)間，然后減小電流，降溫至室溫，結(jié)束燒結(jié)，得到GeA_xB_xSe₁₊₂熱電材料。