[發(fā)明專利]一種碲化鉍基熱電材料及其制備方法

在審

• 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(guó)強(qiáng);胡皓陽(yáng);雅克·紀(jì)堯姆·努丹;蔣俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)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

本申請(qǐng)公開了一種碲化鉍基熱電材料及其制備方法。碲化鉍基熱電材料選自具有如式Ⅰ所示化學(xué)式的化合物中的至少一種。制備方法包括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。本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒?，可以有效提升多晶材料的取向性，調(diào)控其熱電輸運(yùn)特性，優(yōu)化其熱電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及一種碲化鉍基熱電材料，屬于熱電材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

化石燃料消耗殆盡，綠色能源的需求日益加劇。熱電領(lǐng)域近年來備受關(guān)注，熱電材料也得到了廣泛研究。熱電材料是一類可以實(shí)現(xiàn)熱能和電能直接相互轉(zhuǎn)化的功能材料，包括塞貝克和帕爾貼兩大物理效應(yīng)，并衍生出溫差發(fā)電和熱電制冷兩大應(yīng)用。其中，溫差發(fā)電可以利用體熱、廢熱等低品質(zhì)熱源進(jìn)行發(fā)電。熱電制冷可以實(shí)現(xiàn)快速升降溫和精確控溫的功能。所以，如何提升材料的性能峰值及性能的熱穩(wěn)定性變得尤為重要。

熱電材料的性能由無量綱優(yōu)值ZT衡量，

ZT＝σS²T/(κlat+κele)，

其中σ、S、T、κlat和κele分別為電導(dǎo)率、塞貝克系數(shù)、絕對(duì)溫度、晶格熱導(dǎo)率和電子熱導(dǎo)率。這些熱電輸運(yùn)參數(shù)之間相互耦合相互影響，這使得熱電性能的提升具有挑戰(zhàn)性。

熱電材料種類繁多，碲化鉍基熱電材料以其優(yōu)異的性能和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值吸引了廣泛的關(guān)注。碲化鉍是三方晶系，內(nèi)部晶格沿c軸呈層狀排布，因此具有極強(qiáng)的各項(xiàng)異性，最優(yōu)的熱電性能沿層內(nèi)方向取得。但是，由于層狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致該材料容易沿層片方向解離，致使該材料機(jī)械性能較差，不利于加工。利用熱壓燒結(jié)工藝制得的多晶碲化鉍材料可以有效提升其機(jī)械性能，因此如何優(yōu)化熱壓燒結(jié)工藝來提升多晶碲化鉍材料的性能變得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供了一種碲化鉍基熱電材料，該材料具有優(yōu)良的熱電性能。

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。

可選地，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。

可選地，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

根據(jù)本申請(qǐng)的又一個(gè)方面，提供了一種上述所述的碲化鉍基熱電材料的制備方法，該方法可以有效提升多晶材料的取向性，調(diào)控其熱電輸運(yùn)特性，優(yōu)化其熱電性能。

上述所述的碲化鉍基熱電材料的制備方法包括：

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。