[發(fā)明專利]一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202011179210.3 | 申請日： | 2020-10-29 |
| 公開（公告）號： | CN112279652A | 公開（公告）日： | 2021-01-29 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 尹康;賀顯聰;朱睿健 | 申請（專利權(quán)）人： | 南京工程學院 |
| 主分類號： | C04B35/58 | 分類號： | C04B35/58;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/64 |
| 代理公司： | 南京燦爛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32356 | 代理人： | 吳亞 |
| 地址： | 211167 江蘇*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 關(guān)于 mg si sn sb 熱電 材料 快速 平衡 制備 方法 | ||
本發(fā)明涉及一種Mg?Si?Sn?Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法，包含以下步驟：(1)配料預(yù)壓成型：在手套箱中按化學式Mg2(1+z)Si1?xSnxSby稱取Mg粉、Si粉、Mg2Si粉、Sn粉及Sb粉等原料，混合均勻后裝入石墨模具并預(yù)壓成坯體；(2)燒結(jié)：將裝有原料的石墨模具置于放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)中，抽真空后施加10MPa的預(yù)壓力，然后將樣品加熱至903K，并迅速調(diào)節(jié)壓力至30MPa，保溫5min，隨爐冷卻；(3)取出樣品，切割打磨即可得到高性能的Mg?Si?Sn?Sb基塊體熱電材料。本發(fā)明具有制備工藝簡單、能耗低、制備周期短、重復(fù)性好、所得材料微結(jié)構(gòu)奇特、熱電性能優(yōu)異等特點。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于新能源材料領(lǐng)域，具體涉及一種關(guān)于Mg-Si-Sn-Sb基熱電材料的快速非平衡制備方法。
背景技術(shù)
近年來，隨著煤炭、石油、天然氣等化石燃料儲量的逐漸減少，以及世界各國對環(huán)境保護的日益重視，以光伏發(fā)電、風力發(fā)電、潮汐發(fā)電等為代表的新能源技術(shù)受到了各國政府及科研機構(gòu)的重視。熱電材料是一種典型的新能源材料，其主要應(yīng)用分為發(fā)電和制冷兩個領(lǐng)域，分別利用了賽貝克效應(yīng)和珀爾帖效應(yīng)。目前常見的熱電材料以無機半導(dǎo)體為主，與傳統(tǒng)的空調(diào)或內(nèi)燃機不同的是，其能量轉(zhuǎn)換主要依賴于固體材料內(nèi)部載流子(電子或空穴)的運動而非冷媒的壓縮/膨脹或者化石燃料的燃燒。因此既可以直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能，對電子元器件供電，也可以對各種高端電子元件實現(xiàn)精確固態(tài)制冷。
尤其是熱電發(fā)電具有熱能來源廣泛(例如工業(yè)鍋爐的余熱、汽車或船舶的發(fā)動機尾氣排放管廢熱等)，使用過程中對環(huán)境無污染，設(shè)備簡單并且維護方便，因而在某些特殊領(lǐng)域受到了人們的青睞。例如美國國家航空航天局發(fā)射的多個深空探測器(旅行者一號外太陽系空間探測器、好奇號火星探測器等)的供電系統(tǒng)均采用了放射性同位素熱電發(fā)電裝置。這種發(fā)電裝置的核心部件為放射性同位素及溫差發(fā)電模塊，其中放射性同位素在衰變過程中可以從產(chǎn)生穩(wěn)定的熱能，進而提供溫差，而溫差發(fā)電模塊可以直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能。這種發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊，且免維護，運行周期可以超過20年，因此關(guān)于熱電技術(shù)的研究具有非常重要的經(jīng)濟價值和社會價值。
熱電材料是熱電器件的核心部件，它決定了熱電器件的能量轉(zhuǎn)換效率。材料的綜合熱電性能一般用無量綱優(yōu)值ZT＝S2σT/κ評價，其中S為賽貝克系數(shù)，σ為電導(dǎo)率，κ為熱導(dǎo)率，T為熱力學溫度。Mg-Si-Sn-Sb基材料是一種面向于700800K溫區(qū)內(nèi)熱電發(fā)電應(yīng)用的半導(dǎo)體材料化學式可寫為Mg2(Si1-xSnx)1-ySby，它是由Mg2Si和Mg2Sn形成的固溶體，并在陰離子位置摻雜了少量Sb。Mg-Si-Sn-Sb基材料既具有較低的熱導(dǎo)率，同時也具有較高的賽貝克系數(shù)，因此，通過合理地調(diào)節(jié)成分及微結(jié)構(gòu)，可以獲得較高的ZT值。除了熱電性能突出，該體系還具有如下優(yōu)勢：一、主體原料(即Mg、Si、Sn)在地殼中的儲量十分豐富，便于大規(guī)模制備及生產(chǎn)；二、主要元素不會對人體健康造成傷害，也不會污染環(huán)境，符合我國的環(huán)保政策要求；三、原料價格低廉，熱電性能穩(wěn)定，極具商業(yè)應(yīng)用價值。
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