[發明專利]一種Bi-Sb-Te-Se-S五元高熵合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010062808.8
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111244257B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 葛振華;朱鈺可;馮晶
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 陳雍

本發明涉及熱電材料技術領域，具體公開了一種Bi?Sb?Te?Se?S五元高熵合金及其制備方法，該高熵合金為p型熱電材料，制備方法為取單質Bi、Sb、Te、Se和S，按照化學通式為Bi_1.5Sb_0.5TeSeS的化學計量比稱重，球磨至粉末狀混合物；將粉末狀混合物采用放電等離子燒結得到Bi_1.5Sb_0.5TeSeS塊體高熵合金，其中燒結的溫度為200～500℃，燒結的時間為5～20min，燒結的壓力為20～50MPa。采用本技術方案制備Bi_1.5Sb_0.5TeSeS熱電材料，在縮短了熱電材料的制備周期的同時，采用廉價的Se粉和S粉替換了部分較為昂貴的Te源，并且獲得了較好的熱電性能。

技術領域

本發明涉及熱電材料技術領域，特別涉及一種Bi-Sb-Te-Se-S五元高熵合金及其制備方法。

背景技術

功能材料及其應用成為當今各行業研究和討論的熱門領域，熱電材料作為功能材料的分支大類，近年來發展迅速并在實際應用中取得了相應的突破。熱電材料(又稱溫差電材料)能夠通過固體內部載流子和聲子的輸運及其相互作用，可以在熱能和電能之間形成有效的轉換。在電生溫差方面，主要應用在電子元件制冷和日常小規模制冷；溫差生熱方面，可以應用在深空探測電力供應和尾氣余熱回收。

熱電材料的無量綱性能優值ZT是表征熱電材料轉換效率優劣的重要指標，ZT值可由如下公式表示：ZT＝σS²T/κ，其中S是Seebeck系數，σ是電導率，T是開爾文溫度，κ是熱導率。由于決定材料熱電性能的三個重要參數S、σ、κ之間是相互耦合的，調整一個參數，其余兩個必然隨之變化，所以如何實現這些參數的獨立調控(或協同調控)成為了提高熱電性能的核心研究內容。Bi₂Te₃中Bi和Te兩種元素都屬于窄帶重元素，能帶結構復雜，禁帶寬度僅有0.145eV，晶體的對稱性在導帶和價帶各造成了6個簡并能谷，有利于提高態密度和電子有效質量，其本征具有高的電導率和Seebeck系數，具有高的功率因子和較低的熱導率，這使得其在室溫熱電效應這一方面有較好的表現，因此Bi₂Te₃在熱電材料領域較為常用。

而Bi₂Te₃的制備方法，通常包括熔融、緩冷、放電等離子燒結和熱壓燒結的步驟，制備周期大約為48h，制備的周期較長，另外Te元素的價格昂貴且有一定毒性，使得Bi₂Te₃作為熱電材料難以得到大批量的工業化生產。

發明內容

本發明提供了一種Bi-Sb-Te-Se-S五元高熵合金及其制備方法，以解決現有常用的Bi₂Te₃熱電材料制備周期長，且成本較高的問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種Bi-Sb-Te-Se-S五元高熵合金，該高熵合金的化學通式為Bi_1.5Sb_0.5TeSeS，該高熵合金為p型熱電材料，該高熵合金為單相結構。

本技術方案的技術原理和效果在于：

本方案中通過更便宜的Se和S元素替代了現有Bi₂Te₃熱電材料中的部分昂貴的Te元素，制得熱電材料的制備成本大幅度下降，同時本方案中采用Se和S元素替代部分Te元素，得到的Bi_1.5Sb_0.5TeSeS高熵合金的熱電優值(ZT值)大于1.2，現有報道的Bi₂Te₃熱電材料，其熱電優值(ZT值)低于0.8相比，本方案中的Bi_1.5Sb_0.5TeSeS高熵合金具備更好的熱電性能。