[發明專利]兼具發電和制冷潛力的Mg3

在審

• 申請號: 202011206645.2
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112310269A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 張倩;陳辰;曹峰;尹力;李孝芳
• 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;H01L35/20;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

本發明屬于熱電材料技術領域，具體涉及一種兼具發電和制冷潛力的Mg₃(Sb,Bi)₂基熱電材料及其制備方法。其中，包括：A摻雜在Sb位：Mg_3.2?m?qM_mSb_2?x?yBi_xA_y，和A摻雜在Mg位：Mg_3.2?m?y?qM_mA_ySb_2?xBi_x。本發明通過成分調控，提出了一類可以兼具發電和制冷潛力的Mg₃(Sb,Bi)₂基熱電材料。從熱電性能結果可以看出，這類材料具有較高的熱電優值，不僅能夠滿足溫差發電的要求，其室溫附近的熱電性能也足以應對制冷的需要。本專利所提出的Mg₃(Sb,Bi)₂基熱電材料有助于推進此類化合物的實際應用。

技術領域

本發明屬于熱電材料技術領域，具體涉及一種兼具發電和制冷潛力的Mg₃(Sb,Bi)₂基熱電材料及其制備方法。

背景技術

熱電材料是一種能夠實現熱能和電能相互轉化的功能材料，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。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。上個世紀，熱電材料已經得到了應用。在太空探測器方面，放射性同位素供熱的熱電發電器是唯一的供電系統。已被成功的應用于美國宇航局NASA發射的Apollo，Pioneer，Voyager和Ulysses等20多個宇航器上。在俄羅斯，有1000余個類似的放射性同位素溫差發電器裝置用于北極圈附近的海洋燈塔，具有免維護運行20年設計壽命。另外，利用燃油或者木材等燃料熱的小型發電裝置，可以為邊遠地區、野戰部隊等提供小功率電源；利用農作物、垃圾甚至人體熱能，在住宅、農莊等上就可以建立一個小型發電系統，滿足人們對于小功率電能的需求。

21世紀以來，熱電材料得到了人們的廣泛重視。美國能源部于2003年11月12日公布了一個“工業廢熱溫差發電用先進熱電材料”項目，利用冶金爐等工業高溫爐的廢熱發電以降低能耗，2004年3月又發布了開展汽車發動機余熱溫差發電的研究，歐洲20余個研究機構聯合進行了汽車發動機余熱發電方面的研究，并組織了“納瓦到兆瓦熱電能量轉換”大型科研項目，美國公司在大型貨運卡車上安裝了1000W級的廢熱發電系統，為汽車提供輔助電源等，日本建立了“7500W級垃圾燃料余熱發電示范系統”，取得了良好的實際效果。

近年來，熱電材料的研究和應用得到了飛速發展。例如，BMW 530i型概念車應用了尾氣余熱溫差發電裝置，提高了燃油利用率；2017年Indiegogo眾籌的Matrix PowerWatch智能手表，用體溫就可以給手表永久供電；pelty公司的熱電藍牙音箱，利用燃燒的蠟燭可以給音響供電；以及最近涌現出的LED臺燈，冰激凌機、紅酒柜，定點制冷的CPU處理器，藥品冷藏柜等等。巨大的市場需求將帶動相關產業的發展，形成一個具有廣闊空間的高科技產業，產生巨大的社會和經濟效益。因此，熱電材料是一種有著廣泛應用前景的材料，在環境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行新型熱電材料的研究具有很強的現實意義。

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，利用熱電材料把生產生活中的廢熱通過溫差發電轉化為電能，提高傳統能源的使用效率，也可以對熱電材料通電來實現固態制冷。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。