[發明專利]一種提高硫化鉍基熱電材料性能的方法

有效

• 申請號: 202110103567.1
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112939078B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 葛振華;郭俊;馮晶;王子淵;張益欣
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C01G29/00
• 分類號: C01G29/00
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 王攀

本發明涉及熱電材料技術領域，具體公開了一種提高硫化鉍基熱電材料性能的方法，包括步驟：取硫脲和硝酸鉍溶解于水中，加入硫代乙醇酸和溴化氫，攪拌后放入水熱釜中進行水熱反應，反應溫度為140℃，得到黑色粉末；將黑色粉末分別采用去離子水和酒精進行清洗，后進行烘干處理，得到Bi_0.33(Bi₆S₉)Br中間體粉末；取鉍粉、硫粉和中間體粉末，放入立式爐中進行保溫燒制，得到Br摻雜的硫化鉍鑄錠；將鑄錠進行球磨得到粉體，后將粉體進行放電等離子燒結，得到Br摻雜硫化鉍熱電材料。本專利制備的Br摻雜硫化鉍熱電材料，其最大電導率達到了208Scm^?1，相比于純樣的硫化鉍樣品，提升了兩個數量級。

技術領域

本發明涉及熱電材料技術領域，特別涉及一種提高硫化鉍基熱電材料性能的方法。

背景技術

熱電材料是一類能夠捕獲空氣中的廢熱進而直接轉換成電能的材料。未來的熱電材料必須具備穩定，環境友好，便宜和低毒的特性。高性能的熱電材料必須在擁有較高的功率因子的同時具有低的熱導率。但是由于電子與聲子之間強的耦合作用，很難單獨提高某一個參數來提高它的熱電性能。目前也有很多用來調控材料熱電參數的方法，如納米化，能量過濾效應，復合物和調制摻雜，能帶工程等等。半導體材料由于優異的化學與物理性能在熱電領域占有一席之地。目前已經廣泛應用的材料一般都是Sb₂Te₃基和PbTe基熱電材料，前者是室溫熱電材料(25-150℃)，后者應用于中溫區(300-650℃)。然而這兩種材料最大的缺點就是前者Sb元素在地殼中的含量稀少，價格昂貴，后者Pb元素有劇毒，環境不友好，所以尋找一種替代材料迫在眉睫。

最近幾年硫屬熱電材料也獲得了廣泛的關注，由于硫，硒元素在地殼中含量豐富，價格低廉，無毒。然而以硫化鉍，硒化鉍為例，其由于固有的低電導率，使得在應用上受限。而微量元素摻雜是一種提升其電傳輸性能極有效的方式，比如申請號為201110218183.0的中國發明專利，公開了一種微量Cu摻雜Bi₂S₃基熱電材料，將各種單質粉原料進行球磨后，再進行燒結形成，得到Cu取代S的摻雜材料，并通過實驗得到該摻雜材料的最高電導率為74.6Scm^-1，而最低熱導率為0.3Wm^-1K^-1，對Bi₂S₃熱電材料的熱電性能有較大提升。

但對于鹵族元素溴而言，由于溴單質為具有強揮發性的液體，因此其不能采用上述球磨加燒結的方式進行摻雜，而申請號為201510288183.6的中國發明專利公開了一種Bi位摻雜N型Bi₂S₃熱電材料的制備方法，該方法利用了水熱反應的原理得到了Zr⁴⁺、Sn⁴⁺或Ce⁴⁺摻雜的硫化鉍熱電材料，但以這樣的方式得到的材料，通過檢測發現電導率并沒有得到很大的提升，因此本申請提供了一種能夠通過溴摻雜極大提升硫化鉍材料熱電性能的方法。

發明內容

本發明提供了一種能夠通過溴摻雜極大提升硫化鉍材料熱電性能的方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種提高硫化鉍基熱電材料性能的方法，包括以下步驟：

步驟1：取硫脲和硝酸鉍溶解于水中，加入硫代乙醇酸和溴化氫，攪拌后放入水熱釜中進行水熱反應，反應溫度為140℃，得到黑色粉末；

步驟2：將步驟1制備的黑色粉末分別采用去離子水和酒精進行清洗，后進行烘干處理，得到Bi_0.33(Bi₆S₉)Br中間體粉末；

步驟3：取鉍粉、硫粉和Bi_0.33(Bi₆S₉)Br中間體粉末，放入立式爐中進行保溫燒制，得到Br摻雜的硫化鉍鑄錠；