[發明專利]一種高效制備純凈CoSb3基中溫熱電材料的方法

有效

• 申請號: 201810601583.1
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108754230B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 李旭光;李雙明;王洪強;鐘宏;李曉歷
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C22C12/00
• 分類號: C22C12/00;C22C1/02;C22F1/16;H01L35/18;H01L35/34
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種高效制備純凈CoSb3基中溫熱電材料的方法，可根據Co?Sb合金相圖清楚知道不同成分配比下將會得到何種組織的試樣，然后利用TGZM效應進行合金制備的逆反應得到糊狀區，并隨著保溫時間增長，糊狀區內組織就更加純凈和致密。從Co?Sb合金相圖中可以得知，CoSb3基熱電材料可以在三個不同的成分區間獲得，這樣在制備試樣時就能做到心中有數。通過該發明制備CoSb3基熱電材料，不僅可以在制備前預知所得試樣成分，做到心中有數，而且制備效率高效，制備過程無污染、無有害物質產生，得到的CoSb3基熱電材料純凈致密。此外，該制備方法工序簡單，操作方便，成本較低，具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于熱電材料制備技術領域，尤其涉及一種高效制備純凈CoSb3基中溫熱電材料的方法。

背景技術

眾所周知，隨著工業的快速發展，導致目前全球面臨三大危機：資源短缺、環境污染和生態破壞。目前，我國正處于經濟高速發展時期，同樣深受三大危機的威脅。為緩解這種緊迫局勢，開發新型能源材料成為迫切需求。熱電材料作為一種可將電能和熱能直接相互轉換的新型環保綠色能源材料，備受各國科學家的廣泛關注，有可能成為當今世界能源危機解決方案的重要組成部分(Science 283:804 1999)。熱電材料利用溫差電轉化技術進行發電(在工業余廢熱尤其是汽車尾氣廢熱回收發電方面、深層空間航天器、野外作業等方面)和制冷(小型冷藏箱、計算機芯片、激光探測器等局部冷卻方面)具有廣闊的應用前景和潛在的經濟社會效益。

溫差電轉換技術的基本原理是基于澤貝克效應(Seebeck effect)和佩爾捷效應(Peltier effect)，是高技術新能源領域的關鍵基礎性材料—熱電材料開發的重要技術。利用該技術可將熱電材料制作成熱電轉換器件，該器件具有結構簡單、可靠性高、運行成本低、壽命長、無傳動部件、無噪音、無污染、使用溫度范圍廣等優點。該技術的關鍵點在于提高熱電材料的無量綱熱電優值ZT(ZT＝S2σT/k,其中，S、σ、k、T分別是澤貝克系數、電導率、熱導率、絕對溫度)，ZT值越大，相應器件的轉換效率就越高。

以往作為應用比較多的Bi2Te3系、PbTe系等熱電材料雖然在某種程度上實現了應用化，但是由于該系列的熱電材料工作溫度范圍非常窄，且存在有毒元素Pb，使其應用受到限制。而方鈷礦熱電材料因具有較大的澤貝克系數和較高的熱電功率因子且不含有毒元素，成為中溫區域熱電材料研究的熱點。CoSb3基方鈷礦熱電材料是一類中溫高性能熱電材料，具有良好的高溫穩定性和可加工性，被認為是最有可能應用于汽車尾氣等余廢熱回收利用的中溫溫差發電的熱電材料。制備CoSb3基方鈷礦熱電材料就成為開發CoSb3基熱電器件的首要任務。

對于目前CoSb3基方鈷礦熱電材料的制備方法有多種，其中常用的有機械合金化法、SPS燒結法、高壓合成法、水熱/溶劑熱法、真空熔融—SPS燒結法或是上述方法幾種方法的結合等方法。中國專利(公開號：CN1199020A)采用SPS燒結的方法將Co-Sb粉末通過組分比例配料并在1100～1200℃燒結成塊體材料，可得到結晶粒徑在100μm以下的高密度燒結體。中國專利(公開號CN1417358A、CN1422969A)均采用了機械合金化法作為CoSb3基熱電材料的預處理手段，不同的是分別采用了SPS燒結和等溫退火處理相結合的方法制備Co-Sb合金，雖然效率高，但對設備要求也比較高。而中國專利(公開號CN1888105A)采用先熔融后機械粉碎在用脈沖直流電快速燒結，雖然降低了熱導率，一定程度上提高了熱點性能，但步驟多，效率不高。中國專利(申請號201110051407.3)采用高壓合成的方法制備了填充方鈷礦熱電材料，產物密度高，耗時短，但對設備的要求也較高，成本比較大。