[發明專利]六方ZrBeSi結構的Zintl相熱電材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201911354868.0
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111081857A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 張倩;陳辰;曹峰;李孝芳;張偉明;白鳳仙
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: H01L35/18
• 分類號: H01L35/18;H01L35/34
• 代理公司: 深圳市添源知識產權代理事務所(普通合伙) 44451
• 代理人: 黎健任

本發明提供了一種六方ZrBeSi結構的Zintl相熱電材料及其制備方法，所述Zintl相熱電材料具有六方ZrBeSi結構，其化學式為A₂BC₂，其中，A為元素Eu、Sr中的一種或兩種的組合，B為元素Zn或Zn與第一摻雜元素的組合，C為元素Sb、Bi中的一種或兩種的組合；或其化學式為DEF，其中D為元素Eu、Sr、Ba、Ca中的一種或兩種以上的組合，B為元素Cu、Ag或Au中的一種或兩種以上的組合，C為元素Sb、Bi中的一種或兩種的組合。本發明公開了一類新的熱電材料，其熱電優值與目前主流熱電材料的基體性能接近，另外通過摻雜調控后，該類化合物可以實現更高的熱電優值，具有一定的潛在應用價值。

技術領域

本發明屬于熱電材料技術領域，尤其涉及一種六方ZrBeSi結構的Zintl相熱電材料及其制備方法。

背景技術

熱電轉換技術可以實現熱能和電能直接相互轉換，是當前新能源研究的重點課題之一。熱電轉換技術的核心是熱電材料，熱電材料可以實現熱能和電能相互轉化，利用熱電材料的這個特性可以把生產生活中的廢熱通過溫差發電轉化為電能，能提高傳統能源的使用效率，也可以對熱電材料的通電來實現固態制冷。采用熱電材料制造的制冷和發電系統具有體積小、重量輕、使用壽命長、工作中無噪音、無污染等優點，可用于太陽能、工業余熱、汽車排放廢熱的轉化利用及熱電制冷等許多領域。熱電材料的廣泛應用可以有效緩解我國當前能源緊缺和環境污染問題，具有重要的戰略意義。

熱電材料的性能由無量綱優值ZT＝[S²σ/(κ_e+κ_L)]T表征，提高電導率σ和塞貝克系數S，同時降低熱導率κ(κ是載流子熱導率κ_e，晶格熱導率κ_L和雙極效應κ_B之和)是材料優化的關鍵，但該三個物理量相互關聯，使得性能的優化受到實際的限制。傳統的熱電材料主要是室溫區應用的Bi₂Te₃，中溫區應用的PbTe和高溫區應用的SiGe。這些材料的組成元素中，Ge、Te等價格昂貴且儲量較少。因此開發新型的熱電材料具有重要意義。近些年來，方鈷礦、SnSe、Cu₂Se和Zintl相化合物等材料已經被證明具有優良的熱電性能。

其中，Zintl相化合物具有典型的“電子晶體-聲子玻璃”的結構特性。這種材料的晶體結構由陰離子基團和陽離子基團組成。其中，陰離子團之間是共價鍵結合，這種共價鍵形成的框架結構可以保證材料有很好的電導率，而陽離子與陰離子團之間是離子鍵結合，陽離子可以增加聲子散射而降低材料的晶格熱導率。根據晶體結構的不同，目前Zintl相熱電材料的主要種類有AB₂X₂(1-2-2型)、A₁₄BX₁₁(14-1-11型)、A₉B_4.5X₉(9-4.5-9型)、A₅B₂X₆(5-2-6型)等，其中A為堿土金屬或稀土元素，B為過渡族元素，X為Sb或Bi。這些化合物和Zintl相龐大的體系相比，只是很少的一部分。因此，還需要對更多的Zintl相化合物進行研究，開辟新的Zintl相熱電體系。

發明內容