[發明專利]一種垂直區熔爐及利用其制備鉍化鎂基熱電晶體的制備方法

有效

• 申請號: 202210136462.0
• 申請日: 2022-02-15
• 公開（公告）號: CN114481290B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 何佳清;胡明遠;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: C30B13/00
• 分類號: C30B13/00;C30B13/14;C30B29/52
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供了一種垂直區熔爐及利用其制備鉍化鎂基熱電晶體的制備方法，所述垂直區熔爐自上而下依次包括加熱模塊Ⅰ、隔斷層Ⅰ、加熱模塊Ⅱ、隔斷層Ⅱ和加熱模塊Ⅲ；所述垂直區熔爐中使用的坩堝包括雙鍍碳石英管或氮化硼坩堝?石英管聯用，能夠減緩鎂熔體和蒸汽腐蝕，保證晶體生長成功；利用該垂直區熔爐制得的鉍化鎂基熱電晶體尺寸大，具有良好的熱電性能和機械性能，且方法簡單，易于工業化。

技術領域

本發明屬于新型能源材料領域，具體涉及一種垂直區熔爐及利用其制備鉍化鎂基熱電晶體的制備方法。

背景技術

熱電轉換技術對于解決集成電路和電子期間的熱效應問題具有巨大的實際意義。熱電材料具有體積小、重量輕、堅固、無噪音、無污染、壽命長、易于控制等優點，備受關注。熱電轉換技術是利用熱電半導體材料的塞貝克(Seebeck)效應和帕爾帖(Peltire)效應，實現熱能與電能的相互轉換(溫差發電與熱電制冷)。熱電效率主要由材料的無量綱性能優值ZT決定，ZT＝(S²σ/κ)T。由此可見，在一定的溫度T下，實現高的高熱電效率，往往需要較大的溫差電動勢S，較高的電導率σ和較低的熱導率κ。開發具有高熱電優值的熱電材料對于解決電子器件和集成電路的熱問題具有巨大的實際應用意義。

鉍化鎂(Mg₃Bi₂)基熱電材料是性能優異的室溫和中低溫熱電材料，在熱電制冷和低品熱發電等方面有重要的應用。2019年，n-Mg_3.2Sb_0.5Bi_1.498Te_0.002合金材料在350K的ZT值已經達到0.9；用n-Mg_3.2Sb_0.5Bi_1.498Te_0.002合金和p-Bi_0.5Sb_1.5Te₃制作的制冷器件，當熱端溫度350K時，達到了91K的溫差，可以媲美商用的n-Bi₂Te_3-xSe_x合金基制冷器件。

Mg₃Bi₂基晶體室溫下具有CaAl₂Si₂構型的層狀結構，可以無限固溶，空間群是P_-3m₁(164)，由八面體配位陽離子Mg²⁺層和四面體配位陰離子結構(Mg₂Bi₂)^2-組成，形成一個三維化學鍵網絡，層間鍵主要是離子鍵和部分共價鍵。但是，目前單晶樣品主要是通過助溶劑法(Flux?method)獲得，尺寸有限，也沒有該類晶體完整的各向異性電、熱輸運性能方面的研究，晶體生長工藝限制了這類材料的研究與應用。

因此，亟需一種新的Mg₃Bi₂基晶體生長方法，實現大尺寸Mg₃Bi₂基晶體的制備，同時兼具良好的熱電性能和機械性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種垂直區熔爐及利用其制備鉍化鎂基熱電晶體的制備方法，所述垂直區熔爐自上而下依次包括加熱模塊Ⅰ、隔斷層Ⅰ、加熱模塊Ⅱ、隔斷層Ⅱ和加熱模塊Ⅲ；所述垂直區熔爐中使用的坩堝包括雙鍍碳石英管或氮化硼坩堝-石英管聯用，能夠減緩鎂熔體和蒸汽腐蝕，保證晶體生長成功；利用該垂直區熔爐制得的鉍化鎂基熱電晶體尺寸大，具有良好的熱電性能和機械性能，且方法簡單，易于工業化。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的目的之一在于提供一種垂直區熔爐，所述垂直區熔爐自上而下依次包括加熱模塊Ⅰ、隔斷層Ⅰ、加熱模塊Ⅱ、隔斷層Ⅱ和加熱模塊Ⅲ；所述垂直區熔爐中使用的坩堝包括雙鍍碳石英管或氮化硼坩堝-石英管聯用。