[發明專利]一種銅硅硫基熱電材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910399152.6
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110212081B
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 萬春磊;宗鵬安;潘偉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/34;C04B35/547;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

本發明公開了屬于熱電材料技術領域的一種銅硅硫基的熱電材料及其制備方法，該材料結構式為Cu_8?xSiS₆，其中元素含量x的變化范圍為0.01≤x≤0.2。本發明以硫化亞銅粉末、硫粉末和硫粉為原料，通過真空密封、高溫化合、退火、研磨得到熱電粉體材料。通過放電等離子燒結致密化得到塊體材料。利用本發明方法制備熱電材料具有制備簡單、成本低等優點，同時克服了傳統熱電材料碲化鉍、碲化鉛等組成元素毒性大的缺點，其在600℃下的熱電優值達到了0.25。因此，本發明具有良好應用前景。

技術領域

本發明屬于熱電能量轉換材料技術領域。特別涉及一種銅硅硫基熱電材料及其制備方法，

背景技術

熱電材料是一種清潔能源材料，它可以利用溫度的差異來驅動載流子從高溫端向低溫度運動，并聚集形成的電壓差進行發電，或者利用電勢差驅動載流子跨越具有不同能級的材料，從而在異質材料連接處放熱或吸熱。這種發電或制冷技術，具有無運動部件、無污染排放、不產生噪聲等優點，可以應用于各種電子器件的制冷、工業廢熱回收、汽車發動機的余熱發電等。目前，應用較多的熱電材料為碲化鉍、銻化鈷、碲化鉛及硅鍺，分別適用于常溫區、中溫區及高溫區。它們通常具有較高的電導率和賽貝克系數，較低的熱導率等特點。上述廣泛使用的熱電材料通常由稀有、昂貴或有毒的重元素如鉍、鉛、碲、鈷、銻等組成，而真正的實用化需要大量低成本、環保、無毒的熱電材料。

最近幾年，銅硫族化合物，展現了優異的熱電性能，并得到了廣泛研究。相比于硒、碲，硫的毒性低、地球含量豐富且成本低，因此，銅硫基化合物更具實用價值。因此，對新的銅硫基熱電材料的研究尤為迫切。

發明內容

本發明的目的是提出一種銅硅硫基熱電材料及其制備方法，其特征在于，所述銅硅硫基熱電材料的化學結構式為Cu_8-xSiS₆，其中0.01≤x≤0.2；

所述銅硅硫基熱電材料的的制備包括以下步驟：

1)按照化學計量比，分別稱取對應化學計量比重量的硫化亞銅粉末、硅粉末和硫粉，并移入塔曼管中。將該塔曼管置于石英管中，并進行真空密封，真空度為0.1Pa-10^-6Pa；

2)將該石英管置于電爐中，加熱到1050℃，并保持3-5天，然后自然冷卻到室溫，將石英管中所得到的粉末在研缽中研磨或通過球磨制成微米到納米級別的熱電材料粉末；

3)在真空或惰性氣氛下，通過放電等離子燒結4-10分鐘加熱至700℃，在壓力40-60MPa下保持5-10分鐘，即得到Cu_8-xSiS₆熱電塊體材料，其中0.01≤x≤0.2。

本發明有益效果是利用本發明熱電材料具有制備簡單、成本低等優點，同時克服了傳統熱電材料碲化鉍、碲化鉛等組成元素毒性大的缺點，其在600℃的熱電優值達到了0.25。因此，本發明具有良好應用前景。

附圖說明

圖1是制備的Cu_3.96SiS₆及Cu_3.92SiS₆熱電材料粉末X射線衍射圖。

圖2是制備的Cu_3.96SiS₆及Cu_3.92SiS₆熱電塊體的電導率隨溫度的變化關系圖。

圖3是制備的Cu_3.96SiS₆及Cu_3.92SiS₆熱電塊體的賽貝克系數隨溫度的變化關系圖。

圖4是制備的Cu_3.96SiS₆及Cu_3.92SiS₆熱電塊體的熱導率隨溫度的變化關系圖。