[發明專利]PbSnTe熱電材料

在審

• 申請號: 201711233948.1
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108011028A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 隋驍陽;詹宜澤
• 申請（專利權）人: 大連智訊科技有限公司
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;B82Y30/00
• 代理公司: 盤錦大工智訊專利代理事務所(特殊普通合伙) 21244
• 代理人: 徐淑東;崔雪

本發明提供一種PbSnTe熱電材料，將PbSnTe經高壓注入多孔隙材料如陽極氧化鋁或云母，形成納米線。所述納米線直徑約5?10nm，長度約8?12。所述PbSnTe中摻雜有SiGe。該材料具有較高的ZT，研究發現用熱電材料制成納米線，使得ZT值難以提升這一困境,具有納米結構的熱電材料要比塊材有更好的熱電性質。采用本發明熱電材料的熱電制冷器件由于尺寸小、重量輕，制冷迅速、控制精度高、不污染環境等優點，在解決電子集成器件中“熱點現象”上具有廣泛的市場應用前。

技術領域

本發明涉及熱電材料技術，尤其涉及一種PbSnTe熱電材料。

背景技術

隨著世界經濟的不斷發展，以石油、煤、天然氣為代表的一次能源日益枯竭，生態環境污染問題層出不窮，新型能源材料的開發和應用倍受關注。熱電材料是一種通過固體材料內部載流子輸運實現熱能與電能相互轉換的功能性新材料。以熱電材料為核心部件的熱電器件可以制作成溫差發電或溫差電制冷裝置，稱之為熱電裝置。熱電裝置的應用無需使用傳動部件；工作時無噪音、無排棄物；與太陽能、風能、水能等二次能源的應用一樣，對環境沒有污染；而且熱電裝置的核心部件熱電材料服役狀態穩定，使用壽命長，是具有廣泛應用前景的環境友好型功能材料。

雖然其優點眾多，但目前利用熱電材料制成的裝置其效率(<5％)仍遠比傳統冰箱或發電機小。所以若能大幅度提升這些熱電材料的效率，將對廣泛用于露營的手提式致冷器，太空應用和半導體晶片冷卻等產生相當重要的影響。家庭與工業上的冷卻將因熱電裝置無運動的部件，是堅固的，安靜的，可靠的，且避免使用會破壞臭氣層的含氯氟碳氫化合物。電熱材料需要有高導電性以避免電阻所引起電功率之損失，同時亦需具有低熱傳導系數以使冷熱兩端的溫差不會因熱傳導而改變。

金屬合金型熱電材料以其熱電效率高、熱電性能易控制、適用范圍廣等優點在眾多熱電材料中脫穎而出，得到廣泛研究。合金型熱電材料包括Bi2Te3、PbTe、Si-Ge、Cu2Se、half-Heusler(HH)合金等，其中Bi2Te3、PbTe和SiGe這三種合金是研究最早，最普遍，且已經應用的傳統合金型熱電材料。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種PbSnTe熱電材料，該材料具有較高的ZT。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種PbSnTe熱電材料，將PbSnTe經高壓注入多孔隙材料如陽極氧化鋁或云母，形成納米線。

進一步地，所述納米線直徑約5-10nm，長度約8-12。

進一步地，所述PbSnTe中摻雜有SiGe。單質Si在室溫下的熱導率為100W/m·K，與金屬Ge合金化后，SiGe的熱導率大幅度降低，在溫度827℃時熱導率最小，ZT值(始終未能突破1)達到最大且具有良好的高溫穩定性。大多數研究者們還是致力于研究摻雜改性、納米線超晶格等低維結構等方式來提高SiGe的熱電性質。

進一步地，所述PbSnTe中摻雜有納米級Cr。摻入少量的Cr使電子態密度變形更加接近價帶，增加有效質量，使塞貝克系數提高卻不影響電導率。

本發明PbSnTe熱電材料，與現有技術相比較具有以下優點：

1)利用傳統半導體能帶理論和現代量子理論，對具有不同晶體結構的材料進行塞貝克系數、電導率和熱導率的計算，以求在更大范圍內尋找熱電優值ZT更高的新型熱電材料。

2)二維或一維納米結構都因有基座或多孔隙材料的存在而使熱電材料熱傳導系數的測量或實際應用產生相當的困難。

3)研究發現用熱電材料制成納米線，使得ZT值難以提升這一困境,具有納米結構的熱電材料要比塊材有更好的熱電性質。