[發明專利]一種熱電材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911192591.6
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN112853151A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 姜恒;曹聰帥;聶革;房娟;耿金峰;齊會龍;魏彥存
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: C22C12/00
• 分類號: C22C12/00;C22C1/08;B22F3/11;C22C1/02;C22F1/16
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 鄭久興

本發明公開了一種熱電材料及其制備方法，該方法包括將預設組分的金屬單質及預設比例置入石墨管內以制備金屬錠；將金屬錠研磨成粉末；將粉末狀的金屬錠加入溶解有2wt％?20wt％造孔劑的無水乙醇中并分散均勻；將分散均勻的液體干燥得到粉體；將所述粉體在真空或惰性氣體氛圍下燒結，得到含納米孔的p型熱電材料。該方法將少電子金屬置入石墨管內制備金屬錠，將造孔劑與粉末狀的金屬錠共同燒結，燒結后的塊狀材料內部分布有納米孔隙，納米孔隙的存在不影響電子通過，而孔隙與熱電材料的邊界處聲子的散射提高能夠降低材料的熱導率，多個孔隙的存在加強了P型熱電材料聲子散射，使得制備的具有多納米孔結構的P型方鈷礦，繼而提高了材料的ZT值。

技術領域

本發明涉及熱電材料技術領域，尤其是涉及一種熱電材料及其制備方法。

背景技術

隨著煤炭、石油和天然氣等傳統能源逐漸匱乏，及其與環境保護和生態平衡矛盾的日益突出，傳統能源面臨著一系列無法避免的資源短缺與安全挑戰，制約著社會的進一步發展。環境污染和能源短缺的現實壓力致使改變能源結構，發展新型的、環境友好的可再生能源及能源轉換技術成為了世界各國未來可持續發展的戰略重點。

熱電材料可以實現熱能和電能的相互轉換。主要應用在溫差發電和電制冷兩個方面。溫差發電對熱源品質要求較低，如汽車引擎蓋余熱、尾氣廢熱、工業廢熱等。熱電材料發電器件不含可動部件，安靜，可靠易維護。此外，它還可通過電能發熱或制冷。高性能熱電材料制作的制冷器也將逐步取代傳統的壓縮制冷機，它具有結構簡單，體積小，無聲等優點，在節能和環保領域具有廣闊的應用前景。

熱電材料的優劣用ZT值評判：

ZT＝S2σT/κ

ZT值主要與Seebeck系數S、電導率σ以及熱導率κ有關，其中S²σ稱為功率因子。好的熱電材料需具備高的功率因子和低的熱導率。

在中性的熱電材料中，摻雜多電子的金屬后即為N型熱電材料，摻雜了少電子的金屬后，材料中的空穴數量大于電子數量即為P型熱電材料，N型材料的主載流子是電子，提高材料電導率的效果更顯著，但是由于P型材料中空穴作為主載流子，對電導率提升效果較弱，因而P型材料ZT值提升效果比N型材料提升的效果低。而要提升熱電器件能量轉化效率，P型ZT值要和N型ZT相近，所以開發高性能P型方鈷礦熱電材料具有持續性需求。

發明內容

(一)發明目的

本發明的目的是提供一種熱電材料及其制備方法，該方法將少電子金屬置入石墨管內制備金屬錠，將造孔劑與粉末狀的金屬錠共同燒結，燒結后的塊狀材料內部分布有納米孔隙，納米孔隙的存在不影響電子通過，而孔隙與熱電材料的邊界處聲子的散射提高能夠降低材料的熱導率，多個孔隙的存在加強了P型熱電材料聲子散射，使得制備的具有多納米孔結構的P型方鈷礦，繼而提高了材料的ZT值。

(二)技術方案

為解決上述問題，本發明的第一方面，提供了一種熱電材料的制備方法，包括：將預設組分的金屬單質及預設比例置入石墨管內以制備金屬錠；將金屬錠研磨成粉末；將粉末狀的金屬錠加入溶解有2％-20wt％造孔劑的無水乙醇中并分散均勻；將分散均勻的液體干燥得到粉體；將所述粉體在真空或惰性氣體氛圍下燒結，得到含納米孔的p型熱電材料。

進一步地，將預設的金屬單質組分及預設比例置入石墨管內以制備金屬錠的步驟包括：將預設組分的金屬單質及預設比例置入石墨管內，蓋上石墨管帽；將容納有預設組分的金屬單質的石墨管置入石英管內，將容納有石墨管的所述石英管縮頸處理；將縮頸后的石英管抽真空，熔斷縮頸部分，將石墨管密封在縮頸后的所述石英管內；將密封有石墨管的石英管進行熔融處理；將熔融處理后的石英管放入冷水中淬火處理；將淬火處理后的石英管緩慢加熱至低于所述熔融處理的溫度，退火處理得到所述金屬錠。

進一步地，所述熔融處理的溫度為900-1300℃，所述熔融處理的時間為10-30h，所述熔融處理的升溫速率為5-10℃/min。