[發明專利]一種GeS基熱電材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010015676.3
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111116201B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 張波萍;趙昭;張瑞;吳茵;石建磊
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C04B35/547
• 分類號: C04B35/547;C04B35/622;C04B35/626;H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種GeS基熱電材料的制備方法，其特征在于以單質Ge粉、S粉及摻雜元素A為原料，所述A為Se或者Te，所述原料單質Ge粉、S粉及摻雜元素A粉的摩爾量按照化學通式GeS_1-xA_x進行配制，封入真空石英管中，通過固相反應制備多晶的GeS基前驅體塊體，并用瑪瑙研缽研碎至75-100μm，再將研碎的GeS基粉體裝入SPS模具中，通過SPS燒結制備成性能良好、結構密實的多晶GeS基塊體熱電材料；

所述制備方法具體包括以下步驟：

(1) 固相反應：以純度大于99.99%的Ge粉、S粉及摻雜元素A為原料，按照GeS_1-xA_x的化學計量比稱重配料，在瑪瑙研缽內混合均勻并裝入石英管中抽真空封管后進行固相反應，獲得多晶GeS基前驅體塊體；

(2) SPS燒結工藝：將步驟(1)中獲得的多晶GeS基塊體用研缽研碎至75-150μm，放入SPS石墨模具中，在40-60MPa的軸向壓力、480-600℃的條件下保溫5-10min得到致密的多晶GeS基塊體熱電材料；

所述固相反應工藝為：以5-20℃/min速率升溫到400-500℃，保溫50-100h，再以5-20℃/min，升溫到700-800℃保溫5-10h，隨后爐冷到室溫。

2.根據權利要求1所述一種GeS基熱電材料的制備方法，其特征在于，所述使用的石英管為尖底或平底且壁厚在1.5mm以上，或使用雙層石英管進行保護。

3.根據權利要求1所述一種GeS基熱電材料的制備方法，其特征在于，所述真空密封石英管過程中保持真空度為10^-1~10^-4Pa。

4. 根據權利要求1所述一種GeS基熱電材料的制備方法，其特征在于，所獲得的多晶GeS基前驅體塊體結晶性良好、結構致密、純度高、無雜質第二相，其沿垂直SPS燒結的壓力方向上的功率因子0.02-4μWm^-1K^-2，熱導率為1.3-2.5Wm^-1K^-1；平行SPS燒結的壓力方向的功率因子為0.01-2μWm^-1K^-2，熱導率為0.5-1.5 Wm^-1K^-1。