[發明專利]一種優化BiCuSeO基熱電材料性能的方法及其織構助劑

有效

• 申請號: 202110062203.3
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112723874B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 吳勁松;羅豪;楊東旺;余一夢;梁麒
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C04B35/453
• 分類號: C04B35/453;C04B35/622;C04B35/63;C04B35/645
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明公開了一種優化BiCuSeO基熱電材料性能的方法及其織構助劑，它是以Bi₂O₃粉、Bi粉、Cu粉、Se粉等為原料制備BiCuSeO基體，采用Cu₂Se作為助劑促進織構組織的發生，將BiCuSeO基體與Cu₂Se按一定的化學計量比混合，進行放電等離子體燒結得到具有顯著織構組織的BiCuSeO基塊體熱電材料，此織構組織可顯著優化BiCuSeO基塊體熱電材料的性能。本發明首次公開了Cu₂Se作為織構助劑，通過促進材料織構組織的形成協同優化BiCuSeO基材料熱電性能的方法。該方法制備時間短、工藝簡單、對設備要求低、節能環保、適合規模化生產等優點，為BiCuSeO基化合物的規?；苽浜痛笠幠玫於肆己玫幕A。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種優化BiCuSeO基熱電材料性能的方法及其織構助劑。

背景技術

隨著人類社會不斷的發展，能源消耗急劇增長，非可再生能源的儲量日益下降，能源危機已經稱為全人類無法回避的問題。目前，傳統能源的使用效率低，有將近60％左右的能量以廢熱形式排放，造成的資源浪費和環境污染不可忽視。開發新型的清潔可持續能源順勢成為當下的熱門研究領域。

熱電材料是一種憑借材料內部載流子的運動，實現電能與熱能直接相互轉換的新型能源材料。由熱電材料制備得到的熱電器件，具有結構簡單、可靠性高、易于維護、無污染物排放等優點，在廢熱回收利用、局部制冷、航空航天、智能穿戴設備、無線探測等領域具有良好的應有前景，引起了全球研究人員的關注。熱電材料的轉換效率由無量綱熱電優值ZT(ZT＝α²σT/κ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。

BiCuSeO化合物具有較好的電性能和復雜的晶體結構，同時具有原料儲量豐富、價值低廉等優點，受到人們的廣泛關注，但其熱電性能相比于傳統的Te基熱電材料尚有一定差距。因此，尋求一種簡單便捷、節能、綠色環保、可精確控制的提高BiCuSeO基熱電材料性能的技術顯得迫在眉睫。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術存在的不足而提供一種優化BiCuSeO基熱電材料性能的方法及其織構助劑，在添加的Cu₂Se誘導下，BiCuSeO基熱電材料能夠產生顯著的織構組織，并改善熱電性能。

本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為：

Cu₂Se作為織構助劑在制備BiCuSeO基熱電材料中的應用。

上述應用中，在BiCuSeO基化合物粉末燒結制備得到BiCuSeO基塊體熱電材料時添加Cu₂Se作為織構助劑，從而制備具有顯著織構組織的BiCuSeO基塊體材料。

上述應用中，織構助劑Cu₂Se的摩爾用量為BiCuSeO基體(基體即BiCuSeO基化合物粉末)的2～10％，優選6～10％。

上述應用中，BiCuSeO基熱電材料和BiCuSeO基化合物的化學通式為Bi_1-xM_xCuSeO，其中x為0-0.1，M＝Mg，Ca，Sr，Ba，Pb等。