[發明專利]一種高熱電性能p型碲化鉍基熱電材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210604944.4
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114890792B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 蘇紫珊;蔡新志;童培云;朱劉
• 申請（專利權）人: 先導薄膜材料（廣東）有限公司
• 主分類號: H10N10/01
• 分類號: H10N10/01;C04B35/515;C04B35/626;C04B35/622;H10N10/852
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 許羽冬

本發明屬于碲化鉍基熱電材料技術領域，公開了一種高熱電性能p型碲化鉍基熱電材料及其制備方法和應用。本發明的高熱電性能p型碲化鉍基熱電材料的制備方法包括：以名義組分為Bisubgt;x/subgt;Sbsubgt;2?x/subgt;Tesubgt;3/subgt;+y?wt.％Te的晶棒為原料，打磨表面，清洗干燥，得潔凈晶棒；破碎，投入熔煉坩堝底部，進行磁懸浮熔煉至破碎晶棒完全熔化；精煉，快速澆鑄，冷卻，得p型碲化鉍基合金；粉碎，篩分，得p型碲化鉍基合金粉體；置于模具中燒結，即成。本發明可得到沿(00l)方向擇優取向的p型碲化鉍基熱電材料，其電性能得到較大的提升；操作簡單，制備周期短，適用于商業化大規模生產和應用。

技術領域

本發明涉及碲化鉍基熱電材料技術領域，具體涉及一種高熱電性能p型碲化鉍基熱電材料及其制備方法和應用。

背景技術

熱電材料是一種新型清潔的可再生能源材料，可實現熱能與電能的直接轉換，具有無污染、無損耗、可靠性高等優異特點，能夠大幅提高能源利用率、緩解環境污染。

目前，碲化鉍基熱電材料是在室溫附近性能最好的商業化應用熱電材料之一。碲化鉍基熱電材料具有層片狀結構，極易形成取向，因此市售碲鉍基熱電材料主要是通過單晶方式進行生產的，制備單晶通常采用布里奇曼法、區熔法和直拉法等。

隨著5G光通訊及光纖傳輸信號的激光器，探測器和其他光學組件，許多關鍵器件都需要進行主動冷卻才能有效可靠地工作，尤其是5G無線工業級溫度范圍的彩光器件方案的應用。對能主動控溫的TEC用碲鉍合金熱電材料性能提出極高的要求，不僅要求熱電性能優異，而且要求機械強度高能切割成微型粒子。然而，現有技術中傳統的碲鉍基熱電材料制備工藝均難以達到以上要求。

中國專利文獻CN?100453216?C中，通過在氬氣氣氛中，對熔融的Bi₂Te₃進行甩帶處理，并限定了甩帶處理時銅輥的線速度和氬氣的噴射壓力，制得Bi₂Te₃薄帶材料；再將Bi₂Te₃薄帶材料碾磨粉碎成粉末，對粉末進行放電等離子體燒結得到碲化鉍熱電塊體材料，但是所得到的樣品晶粒過于細小，且工藝復雜。中國專利文獻CN?1426120?A中，將Bi-Sb-Te-Se體系熱電材料形成的固體合金經過液體淬火得到的薄片形成疊置后進行初始凝固，初始凝固的方式為熱壓方式，壓力沿平行于α-軸的方向施加到薄片和小薄片上，然后對初始凝固的產物進行頂鍛，得到高性能的熱電材料，但工藝過于復雜，難以大規模生產；SangIl?Kim等發表的論文Dense?dislocation?arrays?embedded?in?grain?boundaries?forhigh-performance?bulk?thermoelectric(Science,Vol?348,Issue?6230，pp.109-114)中，利用熔體旋甩法結合SPS制備BiTe基塊體熱電材料，材料的熱電優值高；然而，熔體懸甩技術在制備高性能的碲鉍合金熱電材料時，難以實現批量生產，原因主要包括：投料量小；水冷銅輥上容易粘結物料影響后續物料的冷卻效果，每次冷卻物料量有限；設備昂貴，難以被大規模應用。

因此，亟待研發一種生產工藝簡單、可大批量生產的高熱電性能p型碲化鉍基熱電材料的制備方法，為大規模制備高性能塊體熱電材料提供新的方向。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處而提供一種高熱電性能p型碲化鉍基熱電材料及其制備方法和應用，以實現碲鉍合金快速冷卻細化晶粒的同時在(00l)方向形成高度取向，并達到低成本、批量生產的目的。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

第一方面，本發明提供一種高熱電性能p型碲化鉍基熱電材料的制備方法，包括以下步驟：