[發(fā)明專利]一種硫化銅基熱電復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811640665.3
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109650435B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 葛振華;張益欣;馮晶
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01G3/12
• 分類號: C01G3/12;C01G19/00;C01G53/00;C01B25/14
• 代理公司: 重慶強大凱創(chuàng)專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 李靜

本發(fā)明屬于熱電材料技術領域，公開了一種硫化銅基熱電復合材料及其制備方法。一種硫化銅基熱電復合材料，其化學通式為Cu_(1.8?m)M_mS，其中m為0.05?0.3，該材料包括基體相Cu_1.8S和第二相Cu_xM_yS_z，第二相Cu_xM_yS_z以納米析出物的形式彌散分布在基體相Cu_1.8S中。其制備方法包括將Cu_aM_b合金粉體和S單質粉體進行球磨，得到Cu_(1.8?m)M_mS粉體；并將Cu_(1.8?m)M_mS粉體進行燒結，得到化銅基熱電復合材料。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的硫化銅熱電材料的熱電性能不佳的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于熱電材料技術領域，具體涉及一種硫化銅基熱電復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著不可再生能源的快速消耗及其產生的污染物給環(huán)境帶來的嚴重影響，開發(fā)新型清潔能源技術迫在眉睫。除風能、潮汐能和太陽能等清潔能源外，自然界和人類活動中還蘊藏能量巨大的耗散廢余熱未被開發(fā)利用。新能源材料能夠對一次能源難以被完全利用的多余能量進行二次利用，熱電材料就是一種能夠直接實現(xiàn)熱能和電能相互轉換的新能源功能材料。熱電材料的熱電性能以無量綱熱電優(yōu)值ZT來表征，ZT＝S²σT/κ，S是Seebeck系數(shù)，σ是電導率，T是絕對溫度，κ是熱導率；S²σ稱為功率因子，用來表征熱電材料的電傳輸性能。

簡而言之，有商業(yè)應用價值的熱電材料需要大的Seebeck系數(shù)來保證電壓輸出，高的電導率來降低焦耳熱的耗散，并且需要低的熱導率來維持材料兩端的溫度差。自熱電材料發(fā)展以來，性能良好的熱電材料有Bi₂Te₃、PbTe、PbS、Si-Ge合金等，但由于這一系列材料在合成過程中需要稀貴金屬元素或是有毒元素，因而阻礙了當前綠色高性能熱電材料的發(fā)展。因此尋找并研究無毒無害，廉價豐富的，可應用于工業(yè)化生產方法的元素所構成的化合物作為合適的熱電材料也是一項重要的基礎工作。

Cu_1.8S具有合適的禁帶寬度(1.2eV)最早作為薄膜太陽能電池和光電子器件而為人們所熟知。近年來其復雜的晶體結構和具有發(fā)展?jié)摿Φ臒犭娦阅苁沟迷摶衔镏匦乱鹂茖W家們的關注。Cu_1.8S具有兩種不同的晶體結構：低溫(＜364K)六方相(R3-mh)和高溫(＞364K)立方相(Fm3-m)。較為特殊的是其高溫相結構：Cu離子圍繞S離子組成面心立方亞晶格，并且Cu⁺具有較高的遷移率就如同在熔融態(tài)或者溶液中一樣。Cu_1.8S中存在銅空位，在能帶中形成大量導電空穴使得Cu_1.8S表現(xiàn)出極好的導電性，此外由于組成該化合物的Cu和S元素豐富、成本低、環(huán)境友好等特點，Cu_1.8S成為了一種潛在的具有商業(yè)化應用價值的熱電材料。

但是目前該體系的材料的熱導率高、Seebeck系數(shù)低，因此熱電性能較差。因此發(fā)明人通過大量的研究得出了一種能夠提高硫化銅熱電性能的復合材料，并提供了其制備方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明意在提供一種硫化銅基熱電復合材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有的硫化銅熱電材料的熱電性能不佳的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案，一種硫化銅基熱電復合材料，其化學通式為Cu_(1.8-m)M_mS，其中m為0.05-0.3，該材料包括基體相Cu_1.8S和第二相Cu_xM_yS_z，第二相Cu_xM_yS_z以納米析出物的形式彌散分布在基體相Cu_1.8S中。