[發明專利]鈣錳氧熱電材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210181992.7
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114656243A
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 施翊璇;湯弢
• 申請（專利權）人: 純鈞新材料（深圳）有限公司
• 主分類號: C04B35/01
• 分類號: C04B35/01;C04B35/622;C04B35/645;H01L35/22;H01L35/34
• 代理公司: 深圳市瑞方達知識產權事務所(普通合伙) 44314
• 代理人: 張秋紅

本發明公開了一種鈣錳氧熱電材料及其制備方法，熱電材料，以立方相CaMnO₃作為基體相，以片層狀CaO作為嵌入相，嵌入相彌散在基體相中定向排列，形成四方鈣鈦礦共生型結構CaO(CaMnO3)_m；制備方法，包括以下步驟：取CaO和MnO₂均勻混合，然后進行高溫燒結；將經過高溫燒結的混合物進行球磨，形成粉末，其中，球磨質量比為10?30：1，球磨時間為0.5?4h，以使粉末徑達30?1000nm；收集粉末，在惰性氣體下對粉末進行熱壓處理；本發明以氧化鈣、氧化錳為原料，通過球磨、熱壓，形成四方鈣鈦礦共生型結構CaO(CaMnO3)_m，從而提高熱電材料的塞貝克系數，并且控制球磨質量比、球磨時間，從而降低熱導率，以此優化熱電材料的熱電轉換效率，降低成本、利于工業生產。

技術領域

本發明涉及熱電材料技術領域，尤其涉及一種鈣錳氧熱電材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著化石能源危機的日益嚴重，環保意識的不斷增強，和對可持續利用的新能源需求的不斷增加。利用熱電材料來廢熱發電越來越受到科學家和企業的關注，廢熱發電利用熱電發電器件(TEG，thermoelectric generator)中的Seebeck效應，當兩種不同半導體p型和n型構成一個回路時，并提供一個溫勢差，可以產生一個直流電。

材料的熱電轉換效率由其zT值大小來判斷，zT＝S²σT/κ,其中，zT為dimensionless figure-of-merit，S為塞貝克系數(μV K^-1),σ為電導率(S cm^-1)，κ為熱導率(W m^-1K^-1)。zT值越大，熱電材料的熱電轉化性能越高。因此，根據zT公式，優質的熱電材料，應當具有高塞貝克系數，高電導率，和低熱導率。但是，這三個系數很難同時朝期望的方向優化，因為這三個變量都與材料的載流子濃度相關。其中，σ(σ＝neμ，其中n為載流子濃度，μ為載流子遷移率，e為電子點亮)與材料的載流子濃度正相關，載流子濃度越大，材料的σ越大。摻雜半導體的S(S＝8π2kB2m*T(π/3n)2/3/3eh2,h為普朗克常數，k_B為玻爾茲曼常熟，m^*為載流子有效質量)與材料的載流子濃度負相關，載流子濃度越大，材料的S越小。κ由κ_e(電子熱導率)和κ_L(聲子熱導率)組成，其中κ_e＝π2n2kB2Tμ/e,κ_e與載流子濃度正相關，載流子濃度越大，κ_e越大。唯一與載流子濃度無關的變量為κ_L，κ_L＝Cvl/3,C為每單位面積的聲子熱容，v為平均聲子速率，l為聲子平均自由程，現有的熱電材料塞貝克系數和熱導率較高，導致熱電轉換效率不高，且現有技術的熱電材料多采用SrTi_0.7Nb_0.3O3等材料制成，材料成本高，且利用等離子法燒結(SPS)，很難實現工業量化生產，其次Nb元素在地殼中含量為百萬分之20，含量稀少。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的缺陷，提供鈣錳氧熱電材料及其制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種鈣錳氧熱電材料，以立方相CaMnO₃作為基體相，以片層狀CaO作為嵌入相，嵌入相彌散在基體相中定向排列，形成四方鈣鈦礦共生型結構CaO(CaMnO₃)_m，其中，m＝1、2、3…∞。

進一步地，鈣錳氧熱電材料優選四方鈣鈦礦共生型結構CaO(CaMnO₃)_m中m＝2-10，m為自然數。