[發明專利]一種自催化室溫快速合成Cu2S基熱電材料的方法

在審

• 申請號: 201811452080.9
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109279641A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 唐新峰;楊東旺;黎俊;李彥雨;柳偉;鄢永高
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01G3/12
• 分類號: C01G3/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;李欣榮

本發明首次開發了一種自催化室溫快速合成Cu₂S基熱電材料的方法，它以Cu粉和S粉為原料，利用過量Cu的自催化作用，使得按化學計量比Cu_2(1+x)S(x＞0)混合后的粉體在室溫條件下進行簡單搖勻反應得到Cu₂S單相化合物。本發明涉及的原料價格低廉，工藝超簡單、制備時間超短，可為Cu₂S熱電材料的制備和大規模應用奠定良好的基礎。

技術領域

本發明屬于材料制備科學領域，具體涉及一種自催化室溫快速合成Cu₂S基熱電材料的方法。

背景技術

熱電轉換技術利用熱電材料直接將熱能與電能進行相互轉換，具有系統體積小、可靠性高、不排放污染物質、適用溫度范圍廣、有效利用低密度能量等特點，在工業余廢熱和汽車尾氣廢熱的回收利用、高精度溫控和特種電源技術等領域具有廣泛的應用。熱電材料的轉換效率由無量綱熱電優值ZT(ZT＝α²σT/κ，其中α為Seebeck系數、σ為電導率、κ為熱導率、T為絕對溫度)決定。ZT越大，材料的熱電轉換效率越高。目前研究較多的高性能熱電材料一般是Te基的，如PbTe和Bi₂Te₃。Te元素在地球中的儲量稀少、價格昂貴，同時它也是太陽能電池的主要組成元素，這些因素都極大地制約著Te基熱電材料的大規模商業化應用和可持續性發展。因此開發儲量豐富、價格低廉的高性能熱電材料及尋求低成本超快速的制備方法具有重要意義。

近年來Cu₂S化合物以其優異的熱電性能受到研究者的廣泛關注，因為其是典型的“聲子液體”，表現出的橫波阻尼效應使得其具有極低的晶格熱導率。同時，由于Cu和S的來源豐富、價格便宜，使得Cu₂S化合物在大規模商業化生產上具有巨大潛力。目前Cu₂S化合物主要采用長時間固相反應法、熔融退火法及自蔓延燃燒合成技術制備得到，高溫處理會帶來一個始終無法解決的問題是S的揮發，造成成分的難以控制。而采用低溫化學法制備技術，采用的原料通常有毒，對環境造成污染，與此同時，目標產物中常常伴隨有副產物難以清洗干凈。因此，尋求一種簡便節能、綠色環保，能夠在室溫下合成Cu₂S化合物的技術顯得意義重大。

發明內容

本發明的目的是提供一種自催化室溫快速合成Cu₂S基熱電材料的方法，涉及的工藝超簡單、制備時間超短，可為Cu₂S基熱電材料的制備和大規模應用奠定良好的基礎。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種自催化室溫快速合成Cu₂S基熱電材料的方法，它以S粉和過量Cu粉為原料，在室溫條件下進行搖勻反應得到Cu₂S化合物。

上述方案中，所述S粉和Cu粉的摩爾比為1:2(1+x)，其中0＜x≤0.1。

上述方案中，所述S粉與Cu粉需混合均勻。

上述方案中，所述混勻步驟采用手動搖勻或采用搖勻器。

上述方案中，所述原料混勻時間為3min以上。

以上述內容為基礎，在不脫離本發明基本技術思想的前提下，根據本領域的普通技術知識和手段，對其內容還可以有多種形式的修改、替換或變更。

本發明首次提出利用過量Cu自誘導其與S在室溫下發生化學反應，生成Cu₂S化合物，只要Cu與S原料混合均勻，反應則進行完全。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)本發明首次提出了一種自催化室溫快速合成Cu₂S基熱電材料的方法，以Cu為自催化劑，在過量Cu的作用下，促進其與S化學反應在室溫條件下快速完成，制備得到Cu₂S基化合物。