[發(fā)明專利]基于碲化鉍加工廢料再利用的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112951975A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李敬鋒;蔡博文
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/16;H01L35/22;B82Y30/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發(fā)明公開了一種基于碲化鉍加工廢料再利用的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料及其制備方法，其中，所述方法包括：(1)在保護(hù)氣氛下，將碲化鉍加工廢料和納米碳化硅混合進(jìn)行球磨；(2)將球磨粉料進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)，以便得到碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料。采用該方法可以顯著提高碲化鉍加工廢料的利用率，避免了貴重材料的浪費(fèi)，并且該過程具有簡便易操作、能耗較低等特點(diǎn)，同時得到的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料具有較高的熱電性能，可以在溫差發(fā)電及制冷領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能源材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于碲化鉍加工廢料再利用的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料及其制備方法。

背景技術(shù)

熱電材料可利用熱電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱能與電能之間的直接相互轉(zhuǎn)化，由熱電材料制成的器件具有無運(yùn)動附件、環(huán)保、可靠性高等諸多優(yōu)勢，因而備受學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。材料的熱電性能通常用一個無量綱的熱電優(yōu)值ZT來表征：ZT＝S²σT/κ，S為Seebeck系數(shù)，σ為電導(dǎo)率，T為絕對溫度，κ為熱導(dǎo)率，由該表達(dá)式可知，優(yōu)秀的熱電材料需要高的S和σ以及低的κ。熱電材料按使用溫區(qū)可分為近室溫區(qū)、中溫區(qū)和高溫區(qū)熱電材料，近室溫區(qū)熱電材料主要面向固態(tài)制冷領(lǐng)域，而中、高溫區(qū)熱電材料則大多用于發(fā)電。

碲化鉍基熱電材料是一類經(jīng)典的近室溫區(qū)熱電材料，也是目前大規(guī)模商用的唯一熱電材料。在當(dāng)下，碲化鉍基熱電材料的工業(yè)化生產(chǎn)大都采用區(qū)熔法，所合成材料的ZT值為0.9～1.0。區(qū)熔法雖可進(jìn)行批量化生產(chǎn)，但卻耗時耗能，另外，由于碲化鉍基材料為層狀晶體結(jié)構(gòu)，區(qū)熔所得的鑄錠性脆且易于層間解理，因而在熱電器件制備中會產(chǎn)生大量的碲化鉍加工廢料，其材料利用率僅為50％，這不僅給器件制備增加了難度，而且造成了貴重原材料的浪費(fèi)。因此回收碲化鉍加工廢料，進(jìn)一步提高其熱電性能越來越成為學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界廣泛關(guān)注與亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種基于碲化鉍加工廢料再利用的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料及其制備方法，采用該方法可以顯著提高碲化鉍加工廢料的利用率，避免了貴重材料的浪費(fèi)，并且該過程具有簡便易操作、能耗較低等特點(diǎn)，同時得到的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料具有較高的熱電性能，可以在溫差發(fā)電及制冷領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種基于碲化鉍加工廢料再利用的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料的制備方法。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述方法包括：

(1)在保護(hù)氣氛下，將碲化鉍加工廢料和納米碳化硅混合進(jìn)行球磨；

(2)將球磨粉料進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)，以便得到碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于碲化鉍加工廢料再利用的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料的制備方法，通過在保護(hù)氣氛下將碲化鉍加工廢料和納米碳化硅混合進(jìn)行球磨，由于球磨過程不涉及高溫，一方面避免了元素?fù)]發(fā)，再一方面可以高效的獲得超細(xì)的球磨粉料，并且納米碳化硅的加入可以提升碲化鉍的熱電性能，同時納米碳化硅的引入也可提高碲化鉍材料的硬度，利于材料加工，然后將得到的球磨粉料進(jìn)行放電等離子體燒結(jié)，即可在短時間內(nèi)獲得細(xì)晶粒的塊狀碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料。由此，采用該方法可以顯著提高碲化鉍加工廢料的利用率，避免了貴重材料的浪費(fèi)，并且該過程具有簡便易操作、能耗較低等特點(diǎn)，同時得到的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料具有較高的熱電性能，可以在溫差發(fā)電及制冷領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的基于碲化鉍加工廢料再利用的碳化硅納米復(fù)合碲化鉍基熱電材料的制備方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(1)中，所述球磨的條件為：球料比(15～30):1，球磨轉(zhuǎn)速400～500r/min，球磨時間為2～5h。由此，可以高效的獲得超細(xì)的球磨粉料。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述納米碳化硅與所述碲化鉍加工廢料的體積比不高于1％。