[發明專利]硫銀鍺礦型熱電材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810577403.0
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108598252A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 駱軍;陳靜;張繼業;王晨陽
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種硫銀鍺礦型熱電材料及其制備方法，硫銀鍺礦型熱電材料化學式為Ag_9?xCu_yGaSe₆，并具有如下元素摩爾比例的化學計量比關系特征中任意一種：當y＝0時，0≤x≤0.1；當y≠0時，0＜x＝y≤0.9。本發明硫銀鍺礦型熱電材料具有超低晶格熱導，熱電優值調控可以通過單一調控塞貝克而提高此材料的ZT值，本發明還通過減少Ag和部分Ag被Cu替換，來降低載流子濃度，降低了電導率，提高了塞貝克系數，從而提高硫銀鍺礦型熱電性能，制備熱電材料熱電轉化效率較為理想的新型硫銀鍺礦型熱電材料，為未來實現無傳動部件、無噪音、無污染可靠穩定的熱能轉換做好基礎。本發明方法工藝簡單，易于控制，成本低。

技術領域

本發明涉及一種熱電材料及其制備方法，N型熱電材料及其制備方法，還涉及一種硫銀鍺礦型熱電材料的電性能調控方法，應用于功能熱電材料技術領域。

背景技術

隨著全球經濟科技飛速發展，不可再生化石能源消耗成指數增長。科學家預測全球石油資源將在2050年消耗殆盡，其他化石能源最晚將在2100年消耗完，新能源的開發利用迫在眉睫。除了太陽能、風能、水能等，熱能蘊藏的巨大能量也引起了科學家們的巨大的熱情，比如室內外溫差、工廠的廢熱、汽車的尾氣排放等。熱電材料的熱能電能轉換功能就是實現熱能利用的最有效的途徑。熱電材料通過微觀載流子實現熱能電能轉換，實現無傳動部件、無噪音、無污染可靠穩定的熱能轉換。熱電材料的突破將是新能源利用的又一里程碑。

1821年德國科學家Seebeck發現塞貝克效應與1834年法國科學家Peltier發現塞貝克效應的逆效應——帕爾貼效應，是熱電材料的兩個基礎理論。塞貝克效應是導體兩端存在溫差產生電壓的效應，帕爾貼效應是導體通電導體產生溫差熱的現象。轉換效率用熱電優值ZT來表征，ZT＝S²σT/κ，其中S為塞貝克系數。σ為電導率，T為絕對溫度，κ為總熱導率。其中決定熱電優值的三個物理參數S塞貝克系數、電導率σ和熱導率κ之間相互關聯，很難通過獨立調控其中的某個參數實現熱電優值的顯著提升，這也是目前為止很少有材料體系的ZT值突破2的主要原因。其中κ＝κ_e+κ_L。κ_e＝LσT，L是洛倫茲常數，κ_L是晶格熱導率。當κ_L晶格熱導相對κ_e比較小時忽略不計。熱電優值公式可簡化為ZT＝S²σT/LσT＝S²/L，熱電優值的影響因子只跟S塞貝克有關。此情況僅適合κ_L相對κ_e比較小時，當調控S塞貝克增大時σ也變小，最后導致κ_L與κ_e接近，而κ_L也不能忽略不計。現有的熱電材料熱電轉化效率還不理想。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種硫銀鍺礦型熱電材料及其制備方法，本發明硫銀鍺礦型熱電材料具有超低晶格熱導，熱電優值調控可以通過單一調控塞貝克而提高此材料的ZT值，本發明還通過減少Ag和部分Ag被Cu替換，來降低載流子濃度，降低了電導率，提高了塞貝克系數，從而提高該硫銀鍺礦型熱電性能，制備熱電材料熱電轉化效率較為理想的新型硫銀鍺礦型熱電材料，為未來實現無傳動部件、無噪音、無污染可靠穩定的熱能轉換做好基礎。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種硫銀鍺礦型熱電材料，其化學式為Ag_9-xCu_yGaSe₆，并具有如下元素摩爾比例的化學計量比關系特征中的任意一種：

1)當y＝0時，0≤x≤0.1；

2)當y≠0時，0＜x＝y≤0.9。