[發(fā)明專利]一種碲化鉍基熱電材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910030805.3
• 申請(qǐng)日: 2019-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN111435698A
• 公開（公告）日: 2020-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王泓翔;熊成龍;羅國強(qiáng);胡皓陽;雅克·紀(jì)堯姆·努丹;蔣俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): H01L35/16
• 分類號(hào): H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 北京元周律知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11540
• 代理人: 王惠

1.一種碲化鉍基熱電材料，其特征在于，在碲化鉍中含有摻雜元素，所述摻雜元素選自銻、硒中的任一種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碲化鉍基熱電材料，其特征在于，還包括金屬改性元素；

其中，所述金屬改性元素選自Li、Na、K、Cu、Ag、Fe、Zn、Mn、Mg中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碲化鉍基熱電材料，其特征在于，選自具有式Ⅰ所示化學(xué)式的化合物、具有式Ⅱ所示化學(xué)式的化合物中的至少一種；

Bi_2-x1Sb_x1Te₃M_y1

式Ⅰ

Bi₂Te_3-x2Se_x2M_y2

式Ⅱ

M選自Li、Na、K、Cu、Ag、Fe、Zn、Mn、Mg中的至少一種；

其中，0＜x1＜1、0＜x2＜1、0≤y1≤1、0≤y2≤1；

x1、x2、y1、y2獨(dú)立地取值。

4.權(quán)利要求1所述的碲化鉍基熱電材料的制備方法，其特征在于，包括：

a)將含有Bi單質(zhì)，Te單質(zhì)，Sb單質(zhì)或Se單質(zhì)的混合物料加入儲(chǔ)料管中、封管，然后依次進(jìn)行熔煉、區(qū)域熔煉，得到區(qū)域鑄錠；

b)將所述區(qū)域鑄錠進(jìn)行熱壓織構(gòu)化，即可得到所述碲化鉍基熱電材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟a)中的熔煉溫度為650～900℃，熔煉搖擺時(shí)間為15～600min；

區(qū)域熔煉溫度為600～900℃，熔煉溫區(qū)長度為3～7cm，熔煉溫區(qū)移動(dòng)速度為0.5～50mm/h。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟b)中的熱壓織構(gòu)化包括燒結(jié)Ⅰ和燒結(jié)Ⅱ；

所述燒結(jié)Ⅰ的條件為：燒結(jié)溫度360～560℃，燒結(jié)時(shí)間3～60min；

所述燒結(jié)Ⅱ的條件為：燒結(jié)溫度360～560℃，燒結(jié)時(shí)間3～60min，燒結(jié)壓力為30～100MPa。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，還包括所述區(qū)域鑄錠在熱壓織構(gòu)化之前進(jìn)行預(yù)處理，

所述預(yù)處理包括：將所述區(qū)域鑄錠表面的氧化層除掉，之后粉碎、軸向冷壓成型、冷等靜壓成型；

優(yōu)選地，所述將所述區(qū)域鑄錠表面的氧化層除掉包括，在手套箱中將所述區(qū)域鑄錠表面的氧化層刮掉；或者，

在氫氟酸溶液中浸泡以除去所述區(qū)域鑄錠表面的氧化層；

優(yōu)選地，所述粉碎包括：在惰性氣體條件下，進(jìn)行研磨粉碎，研磨時(shí)間0.5～60min，研磨次數(shù)為1～5次；

優(yōu)選地，所述軸向冷壓成型的條件：成型壓力為5～60MPa，成型時(shí)間為0.5～30min；

所述冷等靜壓成型的條件：成型壓力為5～200MPa，成型時(shí)間為1～30min。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，還包括將得到的多個(gè)所述碲化鉍基熱電材料表面拋光，依次放入模具中，重復(fù)步驟b)，即可得到滿足厚度要求的所述碲化鉍基熱電材料。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述混合物料中還包括M單質(zhì)。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1：將含有碲化鉍基熱電材料中元素的單質(zhì)的混合物料置于容器中，在10MPa的真空下密封；

步驟2：熔煉，650～900℃熔融搖擺15～600min；

步驟3：區(qū)域熔煉，600～900℃，熔煉溫區(qū)長度3～7cm，熔煉溫區(qū)移動(dòng)速度0.5～50mm/h；

步驟4：鑄錠破碎，將步驟3中獲得區(qū)熔鑄錠表面氧化層刮掉，或用氫氟酸浸泡1～30分鐘除去氧化層；粉碎，其中研磨時(shí)間在0.5～60分鐘，研磨次數(shù)1～5次，惰性氣體保護(hù)；

步驟5：粉末冷壓成型，在5～60MPa壓力下，保持0.5～30min；

步驟6：冷等靜壓成型，將步驟5中素坯在5～200MPa壓力下，保持1～30min，得到素坯；

步驟7：熱壓織構(gòu)化，將步驟6得到的樣品，先加熱至360～560℃并保溫3～60分鐘；然后均勻升溫升壓至30～100MPa、360～560℃保溫3～60分鐘；得到碲化鉍基熱電材料；

優(yōu)選地，所述方法還包括：

步驟8：將步驟7得到的碲化鉍基熱電材料打磨后疊加成大樣重復(fù)步驟7。