[發明專利]一種p型碲化鉍基復合熱電材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110543331.X
• 申請日: 2021-05-18
• 公開（公告）號: CN113206185B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 楊磊;保德玉;周大利;陳杰;黃林森
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01L35/34
• 分類號: H01L35/34;H01L35/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種p型碲化鉍基復合熱電材料的制備方法，屬于熱電材料技術領域。該方法包括如下步驟：以SbCl₃和Na₂S?9H₂O為原料，通過超聲輔助法制備非晶態Sb₂S₃粉末；以p型商業Bi_0.5Sb_1.5Te₃和非晶態Sb₂S₃粉末為原料，通過靜電吸附法制備得到復合物樣品粉末；再利用放電等離子設備將粉末樣品燒結成含有不同非晶硫化銻的Bi_0.5Sb_1.5Te₃?x%Sb₂S₃塊體，其中x為質量百分數，x=0~0.4。本發明工藝簡單、操作方便，且得到的復合材料在電輸運和熱傳導方面取得了極大的優化，熱電性能得到了大幅度提高，有利于提高能量的轉換效率，促進p型碲化鉍基熱電材料的進一步應用。

技術領域

本發明涉及熱電材料技術領域，具體涉及一種p型碲化鉍基復合熱電材料的制備方法。

背景技術

隨著全球工業化的發展，不可再生化石能源的大規模開采利用，已經造成了巨大的環境問題和能源危機。人們開始重點關注新能源和清潔能源技術的發展，其中熱電技術是一種實現熱能和電能直接轉換的新興能源技術，熱電器件具有無損耗、無污染、無噪音等優異特點，在工業廢熱收集利用、航天航空、傳感器和制冷等領域具有廣泛的應用前景。

根據熱電轉換原理，熱電器件的轉換效率取決于材料的無量綱熱電優值：ZT＝α²σT/κ，其中α為塞貝克系數，σ為電導率，T是絕對溫度，κ為熱導率，由公式可以看出性能優異的熱電材料需要有較高的α和σ，同時具有較低的κ。然而三個熱電參數之間相互聯系、相互耦合，很難通過調控單一的參數改善材料的熱電性能。

在眾多的熱電材料體系中，碲化鉍基(Bi₂Te₃)熱電材料是目前發展較為成熟的室溫段熱電材料，其中商業化的p型Bi-Sb-Te熱電材料的ZT值在室溫附近僅保持在0.9～1之間。由于較低的ZT值限制了熱電器件的轉化效率，因此限制了熱電材料大規模的商業化應用。為了進一步提高熱電性能，解耦三個參數，同時調控電傳輸和熱傳導性質優化熱電性能是目前研究熱電材料的關鍵。

發明內容

針對上述現有技術中熱電性能不佳的問題，本發明提供了一種p型碲化鉍基復合熱電材料的制備方法，通過靜電吸附法用在Bi_0.5Sb_1.5Te₃粉體表面修飾非晶態Sb₂S₃，經過快速放電等離子燒結后的樣品，一方面可以在電導率保持不變的同時有效提升塞貝克系數，另一方面可以有效降低材料熱導率，提升熱電材料的ZT值，從而實現Bi_0.5Sb_1.5Te₃熱電材料熱電轉化效率的提升。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種p型碲化鉍基復合熱電材料的制備方法。具體包括以下步驟：

(1)分別稱取符合化學計量比的SbCl₃和Na₂S·9H₂O，并分別將其分散到水溶液中，超聲合成得到純相非晶態Sb₂S₃粉末。

(2)分別稱取一定量的p型商業Bi_0.5Sb_1.5Te₃粉末和不同質量的非晶態Sb₂S₃粉末，并將其分別超聲分散到等量的水中，超聲合成得到Bi_0.5Sb_1.5Te₃-x％Sb₂S₃，其中x為質量百分數，x＝0～0.4復合粉末。