[發(fā)明專利]N型鈦酸鍶鉛鑭熱電材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110632360.3
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113372112A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊凡;郭凱
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: C04B35/472
• 分類號: C04B35/472;C04B35/622;C04B35/63;C04B35/645;H01L35/22
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 肖愛華

本申請涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，提供了一種N型鈦酸鍶鉛鑭熱電材料及其制備方法。所述熱電材料的化學(xué)通式為Pb_0.94?xSr_xLa_0.06TiO₃，x為摻雜元素Sr的實際組分，范圍在0≤x≤0.6。本申請采用了球磨加放電等離子體燒結(jié)制備塊體樣品的方法，通過制備的Pb_0.94?xSr_xLa_0.06TiO₃得出線性熱膨脹系數(shù)與晶格熱導(dǎo)率成反比的關(guān)系。本申請的方法操作簡單，可適用于其他熱電材料，為尋找低熱導(dǎo)率的熱電材料提供了一種新方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種N型鈦酸鍶鉛鑭熱電材料及其制備方法。

背景技術(shù)

熱電材料作為一種能夠?qū)崿F(xiàn)熱能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的能源材料而廣受關(guān)注。無量綱熱電優(yōu)值zT決定了其熱電轉(zhuǎn)換效率。其計算公式為zT＝S²σ/κ，從上式可以看出優(yōu)異的熱電材料要求具有高電導(dǎo)率、大塞貝克系數(shù)的同時具有低熱導(dǎo)率，因此近年來熱電研究者大多著眼于解耦電熱輸運(yùn)行為來提升材料的熱電性能。另一方面，尋找低熱導(dǎo)率的半導(dǎo)體材料成為開發(fā)新型熱電體系的重要途徑。文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，具有強(qiáng)各向異性(兼具正熱膨脹和負(fù)熱膨脹特性)熱膨脹行為的材料通常表現(xiàn)出極低晶格熱導(dǎo)率。例如在層狀的SnSe體系中，由于晶格在沿著c軸的方向隨溫度升高收縮而表現(xiàn)出負(fù)熱膨脹，同時沿著a、b軸膨脹，本征晶格熱導(dǎo)率極低。然而，由于宏觀上體熱膨脹系數(shù)來源于線膨脹系數(shù)的簡單求和，這種情況下體熱膨脹系數(shù)數(shù)值較小，不能體現(xiàn)出材料大的非諧性特點，這與Slack模型相悖。本申請系統(tǒng)地研究了負(fù)熱膨脹材料Pb_0.94-xSr_xLa_0.06TiO₃的熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)的關(guān)系，通過調(diào)控Pb位置上Pb/Sr固溶比例，熱膨脹系數(shù)從負(fù)變到正，發(fā)現(xiàn)在該過程中熱導(dǎo)率的變化與熱膨脹系數(shù)的變化具有一定的相關(guān)性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題或至少部分地解決上述技術(shù)問題，在本申請的一個實施方式中，提供了一種N型鈦酸鍶鉛鑭負(fù)熱膨脹熱電材料，其中所述熱電材料的化學(xué)通式為Pb_0.94-xSr_xLa_0.06TiO₃，x為摻雜元素Sr的實際組分，范圍在0≤x≤0.6。

本申請還提供了一種N型鈦酸鍶鉛鑭負(fù)熱膨脹熱電材料的制備方法，包括如下步驟：

b.按化學(xué)計量比稱量SrCO₃、TiO₂、La₂O₃和Pb(NO₃)₂原料，作為反應(yīng)起始物；

b.將反應(yīng)起始物放入球磨罐中，在球磨機(jī)中球磨；

c.取出步驟b所得產(chǎn)物進(jìn)行煅燒。

d.取出步驟c所得產(chǎn)物進(jìn)行等離子體燒結(jié)，得到塊狀鈦酸鍶鉛鑭負(fù)熱膨脹熱電材料。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明中材料的制備工藝簡單易控制，可以在室溫至500℃應(yīng)用。通過Sr摻雜熱膨脹系數(shù)由負(fù)到正逐漸變大，熱導(dǎo)率逐漸降低。得到初步結(jié)論：Slack模型具有一定的局限性，在同一個體系里，熱容相差不大的情況下，比起體積熱膨脹系數(shù)，線性熱膨脹系數(shù)與晶格熱導(dǎo)率更有一定的相關(guān)性，即線性熱膨脹系數(shù)的絕對值與晶格熱導(dǎo)率成反比。可應(yīng)用于其他類似熱電材料。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅用于示意本申請的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖中未提及的技術(shù)特征、連接關(guān)系乃至方法步驟。