[發明專利]一種N型碲化鉍基熱電材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210066272.6
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114477102B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 何佳清;王天成;王江舵
• 申請（專利權）人: 深圳熱電新能源科技有限公司
• 主分類號: C01B19/00
• 分類號: C01B19/00;H10N10/852;H10N10/01
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供了一種N型碲化鉍基熱電材料及其制備方法與應用，所述N型碲化鉍基熱電材料的化學式為Bisubgt;2?x/subgt;Sbsubgt;x/subgt;Tesubgt;3?y/subgt;Sesubgt;y/subgt;，其中，0.15≤x≤0.2且0.15≤y≤0.3；Bi原料、Sb原料、Te原料和Se原料混合后經過熔煉、粉碎、燒結和鍛壓，得到N型碲化鉍基熱電材料；本發明將粉碎?燒結工藝與鍛壓工藝相結合，提高熱電材料的機械性能和熱電性能，使得N型碲化鉍基熱電材料耐磨損，不易變形且制備方法簡單，對設備要求較低，成本低，耗時少，有利于工業規模化生產。

技術領域

本發明屬于熱電材料技術領域，具體涉及一種N型碲化鉍基熱電材料及其制備方法與應用。

背景技術

隨著人類社會工業科技水平的提高，能源短缺問題日趨嚴重，人們致力于尋找能夠替代傳統化石能源的新型清潔可持續發展能源。關于開發高效、無污染的能源轉化利用方式的研究也一直是目前最熱門研究方向之一。熱電材料有著廣泛應用前景，在環境污染和能源危機日益嚴重的今天，進行熱電材料的研究具有很強的現實意義。

在制冷系統方面，由于溫室效應的加重以及出于對大氣層的保護，基于Peliter效應的熱電制冷器件正變得越來越有吸引力，尤其是在一些小型系統中其效率已經與傳統方法相當。利用P型和N型兩種半導體熱電材料串聯可以制作熱電制冷和發電器件。熱電器件具有無污染、無噪聲、無運動部件、無振動等諸多優點，熱電器件的轉換效率主要取決于材料的無量綱熱電優值：ZT＝(α²σ/κ)T，其中α為塞貝克(Seebeck)系數，σ為電導率，κ為熱導率，T為熱力學溫度。

近幾十年來，隨著一些新興理念的誕生以及科研水平的上升，各類熱電材料最高ZT值一直呈現上升的趨勢。在諸多熱電材料體系中，碲化鉍(Bi₂Te₃)基熱電材料是研究最早也最為成熟的熱電材料之一，因其在室溫下具有最高的熱電優值(ZT為1左右)而被廣泛應用于制冷領域，也是目前唯一成功商業化的熱電材料。因此，通過各種技術手段對碲化鉍基熱電材料熱電性能以及加工工藝的優化對其將來大規模商用化具有很重要的意義。

CN108550689B公開了一種N型碲化鉍基熱電材料的制備方法，首先以N型碲化鉍基晶體材料的化學計量比稱量相應的原料放置于石英管中真空封裝，并在高溫下搖擺熔融，利用區熔法制備N型碲化鉍基晶體材料；以N型碲化鉍基晶體材料作為反應基體，以I₂分子作為插入化合物，將反應基體和插入化合物分別放置于石英管的兩端；將放置有反應基體和插入化合物的區域同時升溫至一定溫度并保溫，實現高溫蒸汽下的I₂分子吸附；再采用分區降溫的方式將兩區域分別降至室溫，獲得I₂分子嵌入的N型碲化鉍基熱電材料。

CN113213435A公開了一種N型碲化鉍基合金粉體及其制備方法，所述N型碲化鉍基合金粉體的制備方法包括如下步驟：(1)以Bi、Te、Se單質為原料，按照名義組分Bi₂Te_3-xSe_x化學計量比稱取原料，其中，0.3≤x≤1；(2)在搖擺爐中進行熔煉；(3)區域熔煉，得到N型碲化鉍基合金晶棒；(4)對N型碲化鉍基合金晶棒進行錘磨篩分，得到所述N型碲化鉍基合金粉體。