[發明專利]一種具有納米層狀晶粒結構BiAgSeS基塊體熱電材料及制備方法

在審

• 申請號: 202011295844.5
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112374890A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 李振明;鄢永高;邵宇鷹;劉偉;彭鵬;唐新峰;楊艷芳;張琪祁
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院有限公司;國家電網有限公司;國網上海市電力公司
• 主分類號: C04B35/547
• 分類號: C04B35/547;C04B35/622;C04B35/626
• 代理公司: 北京中巡通大知識產權代理有限公司 11703
• 代理人: 李曉曉

一種具有納米層狀晶粒結構BiAgSeS基塊體熱電材料及制備方法，具體步驟為：以Bi粉、Ag粉、Se粉、S粉等為原料，按物質的量比1:1:1:1混合得到反應物；將反應物發生熱爆合成反應，得到BiAgSeS化合物；將BiAgSeS化合物研磨成粉，進行等離子活化燒結，得到具有納米層狀晶粒的BiAgSeS基塊體熱電材料。本發明采用熱爆合成結合等離子活化燒結工藝，在30min內制備出ZT達到0.46(550℃時)的BiAgSeS基塊體熱電材料，具有制備時間短、能耗低、工藝簡單、對設備要求低、重復性好、適宜規模化生產等優點。

技術領域

本發明屬于新能源材料制備—燃燒合成技術領域，具體涉及一種具有納米層狀晶粒結構BiAgSeS基塊體熱電材料及制備方法。

背景技術

近十幾年來，人口急速膨脹，工業迅猛發展，能源和環境問題已經逐漸凸顯，能源危機和環境危機日益引發關注。目前，全球每年消耗的能源中約有70％以廢熱的形式被浪費掉，如果能將這些廢熱進行有效的回收利用，將極大的緩解能源短缺的問題。熱電材料能直接將熱能轉換成電能，具有無傳動部件、體積小、無噪音、無污染、可靠性好等優點，在汽車廢熱回收利用、工業余熱發電方面有著巨大的應用前景。熱電材料的轉換效率由無量綱熱電優值ZT(ZT＝α²σT/其中α為Seebeck系數、σ為電導率、k為熱導率、T為絕對溫度)決定。ZT越大，材料的熱電轉換效率越高。目前研究較多的高性能熱電材料一般是Te基的，如PbTe和Bi₂Te₃。Te元素在地球中的儲量稀少、價格昂貴，同時它也是太陽能電池的主要組成元素，這些因素都極大地制約著Te基熱電材料的大規模商業化應用和可持續性發展。因此開發儲量豐富、價格低廉的高性能熱電材料具有重要意義。

BiAgSeS化合物是一類具有本征低熱導率的化合物，同時具有高的Seebeck系數及中等的電導率，因此具有優越的熱電性能。更為難得的是，其表現出本征的n型傳導特性，這在本征低熱導率的化合物中是很難見到的現象，這更加凸顯了其作為熱電單元n型元件的獨到優勢。同時又由于其不含稀缺元素Te，Se元素儲量豐度遠高于Te，且價值低廉，因此受到人們的廣泛關注。

目前BiAgSeS基熱電材料的合成主要采用長時間熔融反應，但由于反應過程繁瑣復雜，而且需要消耗較多的能源，對設備的要求也高。因此尋找一種簡單快捷、能耗少、重復性好并且能大規模制備的合成方法顯得十分重要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術存在的不足而提供一種具有納米層狀晶粒結構BiAgSeS基塊體熱電材料及制備方法，該方法制備時間短，工藝簡單，且重復性好。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

一種具有納米層狀晶粒結構BiAgSeS基塊體熱電材料的制備方法，將Bi粉、Ag粉、Se粉與S粉混合均勻，得到反應物；

將反應物在500℃以上發生熱爆合成反應，反應時間小于等于2min，得到BiAgSeS立方相化合物；

將BiAgSeS立方相化合物研磨成粉后進行等離子活化燒結，得到具有納米層狀晶粒結構高性能BiAgSeS基塊體熱電材料。

本發明進一步的改進在于，Bi粉、Ag粉、Se粉與S粉的物質的量比1:1:1:1；將反應物壓制成錠體。

本發明進一步的改進在于，將反應物在6MPa的壓力下保壓5min，制得錠體。

本發明進一步的改進在于，熱爆合成反應在真空或者惰性氣體下進行。

本發明進一步的改進在于，反應完成后冷卻或淬火。

本發明進一步的改進在于，熱爆溫度為500℃～925℃；500℃熱爆2min，700℃及以上熱爆1min。