[發明專利]一種通過引入穩定的納米異質結提高p型SnTe基材料熱電性能的方法

有效

• 申請號: 202011549962.4
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112670394B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 張久興;張靜文;李松;吳鎮旺;楊新宇
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01L35/16
• 分類號: H01L35/16;H01L35/22;H01L35/34
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

1.一種通過引入穩定的納米異質結提高p型SnTe基材料熱電性能的方法，其特征在于：在p型SnTe基材料中引入n型的碳包覆PbTe納米顆粒，構建為納米異質結，從而提高p型SnTe基材料的熱電性能。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、真空封管熔煉法制備Sn_1-xM_xTe合金粉末

按化學計量比稱取純度不低于99.99％的Sn、Te和M粒置于石英管中，對石英管進行密封；然后將封好的石英管置于馬弗爐中，以5～30℃/min的升溫速率升溫至1000～1200℃，保溫4～24h，使得原料在熔融狀態完全合金化，獲得Sn_1-xM_xTe合金粉末；

步驟2、水熱法制備PbTe納米顆粒

稱取適量NaOH溶于去離子水中，并將溶液置于磁力攪拌器上持續攪拌，攪拌過程中依次緩慢加入原料NaBH₄、Pb(CH₃COO)₂·3H₂O和TeO₂，繼續攪拌均勻，獲得澄清的混合溶液；將所得混合溶液移入反應釜中，并將反應釜放置在鼓風干燥箱中150～180℃保溫24～36h；待反應釜冷卻至室溫后，對反應釜中的混合溶液進行反復清洗離心，然后將離心液使用稀硝酸浸泡30～60min，最后將反應產物置于真空干燥箱中60～70℃保溫20～24h，獲得PbTe納米顆粒；

步驟3、PbTe納米顆粒表面的包覆處理

將步驟2制備的PbTe納米顆粒分散在去離子水中，并放置在磁力攪拌器上持續攪拌，同時加入多巴胺鹽酸鹽；攪拌30～90min后，向所得混合溶液中加入20mmol/L的緩沖劑三氨基甲烷溶液；反應3～6h后，使用去離子水和無水乙醇對反應物進行反復的離心和清洗，獲得表面包覆聚多巴胺的PbTe納米顆粒，即PbTe@PDA；

步驟4、Sn_1-xM_xTe-y％PbTe@C粉末的制備

按照(100-y)％：y％的質量比，將Sn_1-xM_xTe合金粉末與PbTe@PDA在乙醇中常溫混合攪拌4～24h，隨后將溶液置于真空干燥箱內，在50～70℃下干燥48～72h；然后將混合粉末置于管式爐中，在氫氬混合氣氛中300℃退火3小時，即獲得包覆層碳化的Sn_1-xM_xTe-y％PbTe@C粉末；

步驟5、Sn_1-xM_xTe-y％PbTe@C粉末的燒結

將步驟4得到的Sn_1-xM_xTe-y％PbTe@C粉末置入石墨模具中進行放電等離子燒結，燒結完成后即獲得目標產物。

3.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟1中，M為Sb、Bi、Mg、Mn、In、Cd、Hg和Ge中的至少一種，x＝0～0.10。

4.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟1中，是利用氫氧發生機對石英管進行密封，先用機械泵預抽真空，再用分子泵抽真空至10^-5Torr并封管。

5.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟2中，NaOH、去離子水、NaBH₄、Pb(CH₃COO)₂·3H₂O和TeO₂的用量比為1.2g：30mL：0.9g：3mmol：3mmol。

6.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟3中，PbTe納米顆粒、去離子水、多巴胺鹽酸鹽、緩沖劑三氨基甲烷溶液的用量比為0.3g：200mL：0.3g：200mL。

7.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟4中，y＝1～15。

8.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟4中，退火使用的氫氬混合氣氛中氫氣的體積分數為5％。

9.如權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟5中，所述放電等離子燒結的燒結溫度為550℃、保溫時間為5min、升溫速率為50℃/min。