[發明專利]一種復合熱電材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201810367732.2
• 申請日: 2018-04-23
• 公開（公告）號: CN110391327A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 潘鋒;李拴魁;肖蔭果;朱衛明
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: H01L35/02
• 分類號: H01L35/02;H01L35/12;H01L35/34
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 李小焦;郭燕

本申請公開了一種復合熱電材料及其制備方法和應用。本申請的復合熱電材料，由熱電材料顆粒的表面包覆至少一層無機半導體化合物界面層而形成，其中，無機半導體化合物界面層由ZnO、Al₂O₃、TiO₂、ZnS、ZnSe和ZnTe中的至少一種形成。本申請的復合熱電材料，在常規熱電材料的表面包覆無機半導體化合物界面層，通過無機半導體化合物界面層改變界面性能，從而降低熱導率、增加材料的Seebeek系數，使得復合熱電材料具有更高的熱電優值，有效的提高了熱能與電能的轉換效率。

技術領域

本申請涉及熱電材料領域，特別是涉及一種復合熱電材料及其制備方法和應用。

背景技術

熱電材料主要是指將熱能轉換成電能的材料，是很有前景的新能源材料之一，在制冷和溫差發電等領域具有廣闊的應用前景。而限制熱電技術發展的最大的技術瓶頸是其能源轉換效率偏低，無法達到工業應用的要求。

表征熱電材料的熱電轉換效率的指標是材料的熱電優值(縮寫ZT)，熱電優值可以通過公式：ZT＝σ²S T/κ，進行計算，其中σ為塞貝克系數(即seebeck系數)、T為絕對溫度、ρ為電導率、κ為熱導率。ZT值越高，表明材料的熱能與電能之間的轉換效率越高。

但是，目前熱電材料的種類比較少，尤其是高熱電優值的熱電材料極為有限；因此，研發一種新的高熱電優值的熱電材料是本技術領域亟待解決的一個關鍵問題。

發明內容

本申請的目的是提供一種新的復合熱電材料及其制備方法和應用。

本申請采用了以下技術方案：

本申請的一方面公開了一種復合熱電材料，該復合熱電材料由熱電材料顆粒的表面包覆至少一層無機半導體化合物界面層而形成，無機半導體化合物界面層由ZnO、Al₂O₃、TiO₂、ZnS、ZnSe和ZnTe中的至少一種形成。

其中，無機半導體化合物界面層可以是多層或單層；其中，單層可以是一種材料形成的單層，也可以是多種材料混合形成的單層；多層可以是一種材料進行多重包覆形成的多層結構，也可以是多種材料逐層包覆形成多層結構，例如一層為ZnO、一層為TiO₂、一層為ZnS，這樣逐層包覆；在此不做具體限定。

需要說明的是，本申請的復合熱電材料，熱電材料顆粒是指常規的熱電材料，本申請的關鍵在于在常規的熱電材料表面包覆至少一層由ZnO、Al₂O₃、TiO₂、ZnS、ZnSe和ZnTe中的至少一種形成的無機半導體化合物界面層；該無機半導體化合物界面層，一方面，可以散射聲子降低熱導率κ，另一方面，能夠通過量子尺度異質結構增大材料的載流子遷移率和載流子有效質量，從而增加材料的Seebeek系數σ；因此，本申請的復合熱電材料與一般的常規熱電材料相比，具有更高的熱電優值，熱能與電能的轉換效率更高。

優選的，本申請的復合熱電材料中，無機半導體化合物界面層的厚度為0.1nm-10nm。

優選的，本申請的復合熱電材料中，熱電材料顆粒為Bi₂Te₃、n型Bi₂Te_2.7Se_0.3、p型Bi₂Te_2.7Se_0.3、PbTe和SnSe中的至少一種。

優選的，本申請的復合熱電材料中，無機半導體化合物界面層由基于原子層沉積原理的原位生長方法形成。

更優選的，本申請的復合熱電材料中，無機半導體化合物界面層由液相包覆、原子層沉積和氣相沉積中的至少一種制備而成。