[發(fā)明專利]一種N型SnS單晶熱電材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910014872.6
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN111416032B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙立東;胡學(xué)高
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/16;C30B11/02;C30B29/46
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 劉奇

本發(fā)明涉及熱電材料領(lǐng)域，尤其涉及一種N型SnS單晶熱電材料及其制備方法，本發(fā)明提供的制備方法通過Br取代一部分S的位置，來提供更多的額外電子，來提高SnS單晶熱電材料的N型載流子濃度，進(jìn)而提高材料的電傳輸性能和熱電轉(zhuǎn)換效率；采用定向凝固來合成單晶型SnS，可有效地控制晶體尺寸，晶體生長周期短，成功率高，進(jìn)而能夠有效提高熱電材料的熱電傳輸性能。在進(jìn)行定向凝固前通過機(jī)械合金化合成多晶型SnS，可以克服高溫下S的蒸氣壓太大容易引起試管炸裂的問題。根據(jù)實(shí)施例的記載，本發(fā)明提供的SnS材料為N型SnS，具有較好的熱電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱電材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種N型SnS單晶熱電材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著化石能源日趨枯竭，尋找新的替代能源變得尤為迫切。熱電材料是一種能夠直接進(jìn)行熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的材料，具有安全可靠、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，是能源環(huán)境領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。近年來，以單晶SnSe為代表的新型高性能熱電材料引起了廣泛的關(guān)注。SnS作為SnSe的類似物，具有與SnSe類似的晶體結(jié)構(gòu)和熱電輸運(yùn)機(jī)制，同時S的成本相比于Se更加低廉，因此開發(fā)高性能的SnS熱電材料意義重大。

然而，由于S的蒸汽壓大，性質(zhì)活潑，適用于單晶SnSe的合成方法并不能直接運(yùn)用于SnS。在對SnS熱電材料合成方法的探索中，Tan等采用機(jī)械合金化和放電等離子燒結(jié)并通過Ag摻雜成功制備了多晶型的P型SnS熱電材料(Q.Tan,L.D.Zhao,J.F.Li,etal.Thermoelectrics with earth abundant elements:low thermal conductivity andhigh thermopower in doped SnS.Journal of Materials Chemistry A,2014,2(41):p.17302-17306.)；He等采用定向凝固法并使用Na作為摻雜劑得到了高性能的P型單晶SnS熱電材料(W.He,D.Wang,J.-F.Dong,et al.Remarkable electron and phonon bandstructures lead to a high thermoelectric performance ZT1 in earth-abundantand eco-friendly SnS crystals.Journal of Materials Chemistry A,2018,6(21):p.10048-10056.)。

上述合成方法中，后者所制備的單晶SnS材料相比于前者所制備的多晶SnS材料而言，消除了晶界的影響，能夠顯著減弱晶界對載流子的散射效應(yīng)，使得遷移率大幅上升，從而顯著提高了材料的熱電性能。但是，一個高效率的熱電器件必須同時擁有性能相匹配的P型和N型部件，因此對N型熱電材料制備方法的研究也同樣重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種N型單晶SnS熱電材料及其制備方法，所述制備方法在較大程度上提升了N型單晶SnS熱電材料的熱電傳輸性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種N型SnS單晶熱電材料的制備方法，包括以下步驟：

將Sn粉、S粉和SnBr₂粉混合，球磨，得到多晶型SnS粉末；

將所述多晶型SnS粉末進(jìn)行定向凝固，得到N型SnS單晶熱電材料。

優(yōu)選的，所述Sn粉、S粉和SnBr₂粉按照Sn、S和Br的摩爾比為1:(1-x):x的配比進(jìn)行混合；

所述x的取值范圍為：0.01≤x≤0.02。

優(yōu)選的，所述球磨在保護(hù)氣體中進(jìn)行。

優(yōu)選的，所述球磨的時間≥24h，所述球磨的轉(zhuǎn)速≥150rpm，所述球磨的球料比≥20。

優(yōu)選的，所述多晶型SnS粉末置于石英管中；