[發(fā)明專(zhuān)利]一種Cu1.8S基多晶-非晶金屬?gòu)?fù)合熱電材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010064635.3
• 申請(qǐng)日: 2020-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111244258B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛振華;張益欣;馮晶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L35/16
• 分類(lèi)號(hào): H01L35/16;H01L35/22;H01L35/34
• 代理公司: 重慶強(qiáng)大凱創(chuàng)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 50217
• 代理人: 陳家輝

本發(fā)明屬于熱電材料技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種Cu1.8S基多晶?非晶金屬?gòu)?fù)合熱電材料，包括基體相Cu_1.8S和非晶第二相M，M為Fe基非晶金屬，非晶第二相以納米析出物的形式彌散分布在基體相Cu_1.8S中；其制備方法包括以下步驟，將單質(zhì)Cu粉體和單質(zhì)S粉體利用球磨罐球磨，得到Cu_1.8S粉體；再將Cu_1.8S粉體與Fe基非晶金屬粉體進(jìn)行球磨，得到混合粉體，再將混合粉體進(jìn)行燒結(jié)，得到塊狀的Cu1.8S基多晶?非晶金屬?gòu)?fù)合熱電材料。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的熱電材料的熱電性能不佳的問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱電材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Cu_1.8S基多晶-非晶金屬?gòu)?fù)合熱電材料及其制備方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)體系非常依賴(lài)各類(lèi)不可再生燃料，例如石油、煤炭、天然氣等，它們的燃燒會(huì)引起一些次生的環(huán)境污染問(wèn)題，嚴(yán)重影響了人類(lèi)如今以及未來(lái)的發(fā)展。因此，全球?qū)τ诠?jié)能和能源管理的需求不斷增長(zhǎng)，引發(fā)了人們對(duì)具有環(huán)境安全性的新型能源材料的興趣。新能源材料能夠?qū)Σ豢稍偕茉措y以被完全利用的多余能量進(jìn)行二次利用，例如熱電材料。

熱電材料又稱(chēng)溫差電材料，是一種能夠利用固體內(nèi)部載流子和聲子的輸運(yùn)及其相互作用將熱能轉(zhuǎn)換為電能的新能源功能材料。熱電材料的轉(zhuǎn)換效率優(yōu)劣是通過(guò)無(wú)量綱熱電優(yōu)值ZT來(lái)表征的，ZT值可表示為：ZT＝σS²T/κ，其中S是Seebeck系數(shù)，σ是電導(dǎo)率，T是絕對(duì)溫度，κ是熱導(dǎo)率。具有商業(yè)應(yīng)用價(jià)值的熱電材料需要大的Seebeck系數(shù)來(lái)保證電壓輸出，需要高的電導(dǎo)率來(lái)降低焦耳熱的耗散，并且需要低的熱導(dǎo)率來(lái)維持材料兩端的溫度差。

隨著熱電材料研究領(lǐng)域的快速發(fā)展，各種性能良好的熱電材料諸如Bi₂Te₃、PbTe、PbS、Si-Ge合金、GeTe等成為具有較大應(yīng)用前景的半導(dǎo)體材料，但由于這一系列材料在合成過(guò)程中需要使用稀貴金屬元素或是有毒元素，因而阻礙了當(dāng)前綠色高性能熱電材料的發(fā)展。因此研究廉價(jià)、環(huán)保、可工業(yè)化生產(chǎn)的高性能熱電材料至關(guān)重要。

Cu_1.8S材料是一類(lèi)本征的p型半導(dǎo)體，其具有合適的禁帶寬度(1.2ev)，因此早期作為薄膜太陽(yáng)能電池和光電子器件而為人們所熟知。近年來(lái)其復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)和具有發(fā)展?jié)摿Φ臒犭娦阅苁沟迷摶衔镏匦乱鹂茖W(xué)家們的關(guān)注。Cu_1.8S具有兩種不同的晶體結(jié)構(gòu)：低溫(＜364K)六方相(R3-mh)和高溫(＞364K)立方相(Fm3-m)。較為特殊的是其高溫相結(jié)構(gòu)：Cu²⁺圍繞S^2-組成的面心立方亞晶格，并且Cu²⁺具有較高的遷移率就如同在熔融態(tài)或者溶液中一樣。Cu_1.8S中存在銅空位，在能帶中形成大量導(dǎo)電空穴使得Cu_1.8S表現(xiàn)出極好的導(dǎo)電性，此外由于組成該化合物的Cu和S元素豐富、成本低、環(huán)境友好等特點(diǎn)，Cu_1.8S成為了一種潛在的具有商業(yè)化應(yīng)用價(jià)值的熱電材料。

但是Cu_1.8S體系材料具有較高的熱導(dǎo)率，且Seebeck系數(shù)偏低，使得其熱電性能還具有較大的提升空間，還不能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用和工業(yè)化生產(chǎn)。因此發(fā)明人通過(guò)大量的研究得出了一種能夠提高Cu_1.8S熱電性能的復(fù)合材料，并提供了其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明意在提供一種Cu_1.8S基多晶-非晶金屬?gòu)?fù)合熱電材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有的熱電材料的熱電性能不佳的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下基礎(chǔ)技術(shù)方案，一種Cu_1.8S基多晶-非晶金屬?gòu)?fù)合熱電材料，包括基體相Cu_1.8S和非晶第二相M，M為Fe基非晶金屬，非晶第二相以納米析出物的形式彌散分布在基體相Cu_1.8S中。

本技術(shù)方案的有益效果：