[發明專利]一種復合材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201810184784.6
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108395254B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 王俊;李建波;于浩洋;楊鶴;馬小波
• 申請（專利權）人: 內蒙古工業大學
• 主分類號: H01L35/14
• 分類號: H01L35/14;C04B35/58;C04B35/47;C04B35/626
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙) 11371
• 代理人: 李進

一種復合材料及其制備方法與應用，其主要涉及復合材料領域。該復合材料的制備方法操作簡單，操作過程容易控制，并且通過結合水熱法與球磨法成功制備出了鍺化硅與鈦酸鍶復合粉體，實現了合金材料與陶瓷材料在納米尺度的復合；通過獨特的燒結工藝，增強了熱電陶瓷與導電陶瓷的電輸運性能，同時因鍺化硅的存在，降低了鈦酸鍶的熱導率，提高了復合材料的熱電性能與導電陶瓷的電阻率對溫度敏感度，使導電陶瓷有了更廣的應用前景，為熱電材料與導電陶瓷的發展做理論支撐，推進了陶瓷材料的廣泛應用。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，具體而言，涉及一種復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

熱電材料在發電、制冷和傳感等領域具有廣泛的應用前景，因熱電材料能夠將熱能和電能直接相互轉換。與傳統熱-電轉換系統不同，熱電器件具有無噪聲、無污染、無磨損、易于小型化、移動靈活等優點，既可應用于航空探索、軍事、信息等高新技術領域，也有望大規模應用于工業和日常生活中，如工廠和汽車排放的廢熱、地熱等熱源的利用以及熱電傳感器。

傳統能源較低的能源利用率(40％)導致汽車、冶金、化工等傳統的制造業中50％的工業能耗以廢棄余熱的形式被浪費掉，從而深受能源短缺、環境污染等問題的困擾。因此，研發高效、穩定和環境友好熱電材料，并促進其大規模的應用對提高能源利用率和促進經濟產業的綠色發展具有重要意義。

根據熱電轉換原理，熱電材料的能量轉換效率由無量綱優值(ZT)來衡量，ZT＝S²σT/κ，其中S為Seebeck系數，κ為熱導率，σ為電導率，T為絕對溫度。提高ZT的方法有優化載流子濃度，在保持較高電導率的基礎上設計合理的電子結構和微觀結構；調控費米面附近態密度對能量的變化率提高Seebeck系數；增強聲子散射降低晶格熱導率。

SiGe合金作為具有較高應用價值的、適用于高溫領域的熱電材料。由于SiGe基合金中隨著Ge的含量的減小熱阻抗降低，從而使ZT值也降低；Ge的價格昂貴導致的SiGe成本高是大規模應用受限的重點難題。因此，目前，熱電材料存在的主要需要解決的技術問題是，在保持或提高熱電性能、機械和化學穩定性的同時降低SiGe基熱電材料的成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合材料的制備方法，其操作簡單，操作過程容易控制。

本發明的另一目的在于提供一種復合材料，其具有良好的電輸運性能，并且其具有較佳的耐高溫、抗腐蝕和抗輻射性能以及溫度靈敏度。

本發明的另一目的在于提供一種復合材料的應用，其具備復合材料性能的各項優點。

本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現。

本發明提出一種復合材料的制備方法，其包括：

將Si粉、Ge粉和P粉混合球磨得到第一納米粉體；將第一納米粉體與硝酸鍶和硝酸鑭的混合溶液、氫氧化鈉溶液和五氯化鈮和鈦酸四丁酯的混合溶液進行混合，得到前驅體溶液；對前驅體溶液進行水熱反應后，對得到的固體產物依次進行過濾、洗滌、干燥，制得鍺化硅與鈦酸鍶復合納米粉體。

本發明提出一種復合材料的制備方法，其包括：

復合納米粉體的制備：將Si粉、Ge粉和P粉混合球磨得到第一納米粉體；將硝酸鍶和硝酸鑭的混合溶液、氫氧化鈉溶液和五氯化鈮和鈦酸四丁酯的混合溶液進行混合，得到前驅體溶液；對前驅體溶液進行水熱反應后，對得到的固體產物依次進行過濾、洗滌、干燥，得到第二納米粉體；對第一納米粉體和第二納米粉體混合后進行球磨，制得鍺化硅與鈦酸鍶復合納米粉體。

本發明提出一種復合材料，該復合材料是通過上述的復合材料的制備方法制得。

本發明提出一種上述復合材料在制備鍺化硅合金與鈦酸鍶復合熱電陶瓷或鍺化硅合金與鈦酸鍶復合導電陶瓷中的應用。