[發明專利]n型PbSe-PbS基熱電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810578704.5
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108878635B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 駱軍;歐陽路;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n型PbSe?PbS基熱電材料及其制備方法。本發明所述制備方法包括如下步驟：首先取Pb粒、Se粉、S粉和Cu粉混合均勻；然后將混合樣品封裝于真空石英玻璃管中；再將石英管置于垂直管式爐中燒結；最后將得到的鑄錠研磨成細粉，再進行真空熱壓燒結成規則的塊狀。本發明制備得到的n型熱電材料具有很高的熱電性能，其熱電優值高達1.74。本發明通過配料工藝、熔鑄工藝、燒結工藝來提高n型PbSe?PbS基熱電材料熱電性能，制備熱電材料熱電轉化效率較為理想的新型n型PbSe?PbS基熱電材料，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N型熱電材料及其制備方法，特別是還涉及一種N型鉛化合物基熱電材料及其制備方法，應用于功能熱電材料技術領域。

背景技術

隨著人類煤炭、石油等傳統化石燃料過度的消耗，能源和環境問題已經成為人類面臨的最嚴峻的挑戰。熱電材料作為一種綠色的能源材料受到了巨大的關注。

熱電材料是一種利用固體內部載流子運動，實現熱能和電能直接轉換的功能材料。由它制成的熱電器件具有體積小、重量輕、無噪音、溫度控制范圍廣且精度高、使用壽命長、對環境無污染等優點，這些優點使熱電材料成為一種有廣泛應用前景的新型功能材料。

熱電材料的熱電轉換效率由一個無量綱參數熱電優值zT來表征，其與材料的物理性能參數關系式為：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。由表達式可知，要提高材料的熱電轉換效率，應選用高的S、σ值和低的κ值的材料，但這三個物理參數又是相互制約的，很難進行單獨調控。所以，尋找有效的方法來提高zT一直是熱電技術領域里的研究目標。

硫族鉛化合物作為一種研究最廣泛的熱電材料之一，目前獲得了很高的zT值通過引入各種散射或者能帶調控，如近期報道通過微量的銅摻雜n型PbSe可以獲得zT值高達1.45。盡管該報道獲得了很高的zT值，但還可以通過一些手段使該材料的zT值進一步提升。

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n型PbSe-PbS基熱電材料及其制備方法，具有低的熱導率和高的功率因子和高的熱電優值，本發明在PbSe-PbS固溶體中摻入微量的銅，隨溫度的上升，n型PbSe-PbS基熱電材料中的銅原子能夠逐漸表現出動態行為，使材料的電-熱輸運性質得到優化，進一步降低材料的高溫晶格熱導率，從而提高了材料的zT值，在溫差發電、固體制冷上將有潛在的應用價值。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種n型PbSe-PbS基熱電材料，其材料的化學式為PbSe_1-yS_yCu_x，其中0≤x≤0.1，0＜y≤1。優選其中0＜x≤0.1，0＜y≤1。進一步優選0.005≤x≤0.018，0.3≤y≤1。更進一步優選0.01≤x≤0.018，0.3≤y≤1。

優選其材料以PbSe-PbS固溶體為基體。作為本發明進一步優選的技術方案，在PbSe-PbS固溶體基體材料中摻雜銅；并且在室溫下，銅主要以富銅第二相的形式存在；隨溫度的上升銅原子能夠逐漸表現出動態行為，從第二相中進入PbSe-PbS固溶體基體材料的晶格間隙位，并在晶格間隙位置做大振幅振動，實現材料微觀電-熱輸運行為。