[發(fā)明專利]一種多晶SnSe2低成本熱電材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810072148.4
• 申請(qǐng)日: 2018-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN108396387A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 裴艷中;李文;吳怡萱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): C30B29/48
• 分類號(hào): C30B29/48;C30B28/02;H01L35/16
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發(fā)明涉及一種多晶SnSe₂低成本熱電材料及其制備方法，其化學(xué)式為SnBr_xSe_2?x，x＝0～0.05；該熱電材料的制備方法以單質(zhì)和SnBr₂為原料，按所述的化學(xué)式的化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行配料，通過真空封裝、熔融反應(yīng)淬火及熱處理淬火后，研磨成粉末，進(jìn)行真空高溫?zé)釅簾Y(jié)，緩慢冷卻后得到的塊體材料即為熱電材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制得了低導(dǎo)熱高熱電性能的高性能各向異性熱電材料，探索出制備高致密度、高機(jī)械強(qiáng)度和高熱電性能的各向異性熱電材料的方法，該熱電材料在溫度為750K時(shí)達(dá)到熱電峰值，平行于熱壓方向的zT為0.65，垂直于熱壓方向的zT為0.40，是一類極具潛力的熱電材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多晶SnSe₂低成本熱電材料及其制備方法。

背景技術(shù)

能源危機(jī)和環(huán)境污染為已成為世界亟待解決的兩大問題，節(jié)能和能源高效利用在我國中長期能源發(fā)展戰(zhàn)略中占有突出的地位。熱電能源轉(zhuǎn)換技術(shù)是一種通過溫差驅(qū)動(dòng)材料內(nèi)部電子定向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接轉(zhuǎn)換的技術(shù)。該技術(shù)工作介質(zhì)為電子，與傳統(tǒng)熱機(jī)相比，具有無傳動(dòng)部件、無噪音、全固態(tài)、零排放及零維護(hù)需求等突出優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一類綠色可持續(xù)能源轉(zhuǎn)換材料，在航空航天、軍事國防、汽車工業(yè)、微電子器件等領(lǐng)域正發(fā)揮著重大作用。

熱電材料的能源轉(zhuǎn)換效率較低，是制約其大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)瓶頸。熱電材料的轉(zhuǎn)換效率通常用無量綱熱電熱電優(yōu)質(zhì)zT來衡量，zT＝S²σT/κ，其中：T為絕對(duì)溫度，S是塞貝克系數(shù)；σ是電導(dǎo)率；κ是熱導(dǎo)率，有電子熱導(dǎo)率κ_E和晶格熱導(dǎo)率κ_L兩部分組成。有效提高Seebeck系數(shù)S和電導(dǎo)率σ，同時(shí)盡可能降低熱導(dǎo)率(包含晶格振動(dòng)κ_L和電子κ_E＝LσT兩個(gè)部分貢獻(xiàn)，L為Lorenz因子)是提升性能的關(guān)鍵。由于影響zT值的三個(gè)電學(xué)參量S，σ和κ_E之間強(qiáng)烈耦合、此消彼長，使得簡單提升某一性質(zhì)來提升熱電性能的方法受到約束。例如提高載流子濃度可提升電導(dǎo)率σ但會(huì)同時(shí)降低Seebeck系數(shù)S并增加電子熱導(dǎo)率電子κ_E，很難有效提升熱電性能zT。

晶格熱導(dǎo)率作為獨(dú)立的參數(shù)，增強(qiáng)聲子散射盡可能降低材料的晶格熱導(dǎo)率在熱電研究史中一直扮演著重要的角色。具體來說，固溶引入零維點(diǎn)缺陷散射高頻率(短波)聲子，位錯(cuò)引入一維線缺陷散射中頻聲子，納米結(jié)構(gòu)引入二維面缺陷散射低頻聲子都可有效降低晶格熱導(dǎo)率，并實(shí)現(xiàn)熱電性能的提升。同時(shí)，探索和開發(fā)具有低晶格熱導(dǎo)的新材料也逐漸成為熱電材料研究的主流方向之一，層狀化合物的層間范德華力可使材料具有較低的聲速。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多晶SnSe₂低成本熱電材料及其制備方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種多晶SnSe₂低成本熱電材料，其化學(xué)式為SnBr_xSe_2-x，其中，x＝0～0.05。

優(yōu)選的，x＝0～0.05，但不為0。

更優(yōu)選的，x＝0.006～0.05，此時(shí)，載流子濃度相對(duì)較高。

優(yōu)選的，x＝0.008，此時(shí)電學(xué)性能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，獲得較高的功率因數(shù)。

多晶SnSe₂低成本熱電材料的制備方法，優(yōu)選包括以下步驟：

(1)真空封裝：按化學(xué)計(jì)量比，稱取單質(zhì)Sn、Se和SnBr₂化合物，作為原料混合均勻后真空封裝在石英管中；

(2)熔融反應(yīng)淬火：加熱石英管，使得原料在熔融狀態(tài)下充分反應(yīng)，然后淬火，得到第一鑄錠；