[發明專利]一種超快速制備高性能YbAl3

有效

• 申請號: 202110653775.9
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113462943B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 趙文俞;賀丹琪;魏平;翟鵬程;張清杰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C22C28/00
• 分類號: C22C28/00;C22C1/047;B22F3/105;H10N10/854
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 李欣榮

本發明公開了一種超快速制備YbAl₃塊體熱電材料的方法，它以Yb粉和Al粉為原料，將原料混合均勻后，進行壓力燒結，同步實現YbAl₃材料的合成和致密化，進而制備得到單相、致密的YbAl₃塊體熱電材料。本發明涉及的工藝超簡單、制備時間超短，所制備的YbAl₃塊體熱電材料性能優越，可為YbAl₃化合物的規模化制備和大規模應用奠定良好基礎。

技術領域

本發明屬于新能源材料技術領域，具體涉及一種超快速制備高性能YbAl₃塊體熱電材料的方法。

背景技術

熱電轉換技術是利用半導體熱電材料的賽貝克(Seebeck)效應和珀爾帖(Peltier)效應將熱能和電能進行直接轉換的技術，包括熱電發電和熱電制冷兩種方式。熱電器件與其它能源轉換器件相比，具有很多突出優點，如無噪音、結構簡單、穩定性高、壽命長、體積小方便攜帶、環保無污染和適用溫度范圍廣等。熱電器件的核心是熱電材料，其轉換效率主要取決于熱電材料的無量綱優值ZT，它由下式表示：ZT＝α²σT/(κ_C+κ_L)，其中α，σ和T分別表示材料的Seebeck系數，電導率和絕對溫度，κ_C、κ_L分別為載流子熱導率和晶格熱導率。

近年來，一些非常規熱電材料引起研究學者的關注，比如YbAl₃，具有優異的綜合電輸運性能(極高電導率和大Seebeck系數)，成為了一種在低溫區范圍非常有潛力的n型熱電材料。另外，在我國Yb元素和Al元素資源非常豐富、價格也比較便宜，且這兩種元素對環境危害較小。因此YbAl₃二元化合物材料被公認為是一種具有潛在應用前景的低溫區熱電材料。

目前，YbAl₃材料制備工藝主要包括：熱壓法、高溫熔融+隨爐冷卻、電弧熔融+堿洗、電弧熔融+退火、電弧熔融+堿洗+脈沖電流燒結。可見，電弧熔融是制備YbAl₃多晶材料最常用的方法。該方法的基本原理是在電弧的高溫作用下將Yb和Al融化、使其快速反應形成YbAl₃。然而，由于YbAl₂的熔點較高導致其在高溫下更加穩定，經電弧熔融方法得到的產物中不僅含有需要的YbAl₃，還包含雜相YbAl₂和Al。因此，在電弧熔融方法的制備過程中，研究者一般采用非化學計量的原子配比作為起始原料：如按照Yb與Al原子比為1:9，所得產物只包含YbAl₃和Al相，有效避免了電弧熔融過程中高熔點YbAl₂相的形成；再借助強堿溶液將雜相Al除去，獲得成分單一的YbAl₃相。然而，(PhysicaB?2000,281,754；J.AlloysCompd.2001,323,632)無論通過高溫熔融還是電弧熔融工藝，所合成的YbAl₃材料中都會有Al雜相存在，很難獲得單相YbAl₃多晶塊體材料。另一方面，在材料制備過程中為避免YbAl₂相形成而采取Yb和Al原子比為1:9的初始組分也導致了Al原料的大量浪費，而采用強堿去除Al相的方法會造成設備損耗嚴重和環境污染。因此，從材料制備工藝的合理性和科學性方面考慮，研究單相YbAl₃塊體材料的制備工藝對開展YbAl₃熱電材料的基礎研究具有非常積極的意義。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種超快速制備YbAl₃塊體熱電材料的方法，可同步實現單相YbAl₃的合成和致密化；涉及的工藝超簡單、制備時間超短，所制備的YbAl₃塊體熱電材料性能優越，可為YbAl₃化合物的規模化制備和大規模應用奠定良好的基礎。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：