本发明专利技术提供了一种高性能BiCuSeO基热电材料及其制备方法，热电材料具有式Ⅰ化学式：Bi1‑x‑yAyCu1‑xSeO式Ⅰ；其中，A选自Ca、Sr、Ba或Pb；0＜x≤0.04；0≤y≤0.15。本发明专利技术提供的热电材料引入Bi、Cu双空位后，构筑了层间电荷转移通道，在Bi位掺入元素A(A为Ca、Sr、Ba或Pb)后，借助于Bi/Cu双空位构筑的层间电荷转移通道，显著提高了该型材料的电导率，同时维持一个相对较大的Seebeck系数，从而提高了其热电性能。
【技术实现步骤摘要】
一种高性能BiCuSeO基热电材料及其制备方法
本专利技术属于新能源材料
，尤其涉及一种高性能BiCuSeO基热电材料及其制备方法。
技术介绍
以煤和石油为代表的化石能源的日益枯竭，以及与之伴生的温室效应、环境污染等问题，已经引起了全社会的广泛关注。因此发展新一代低碳、绿色、可持续的新能源技术迫在眉睫。热电材料能够实现电能和热能之间的直接、可逆转换。因此有望将工业废热、汽车尾气、太阳光谱的红外部分等各式各样的低品质热能转化为电能；同时，借助于热电材料能够将电能转化为热能的潜力，在无氟化制冷、精确温控等领域也有巨大的应用前景。热电材料的转换效率取决于无量纲热电优值ZT(ZT＝α2σT/κ，式中α为材料的Seebeck系数，σ为电导率，T为绝对温度，κ为材料的总热导率，对于非磁半导体而言，总热导率包括电子热导率和晶格热导率两部分)。可见，为了获得较高的热电性能，热电材料需要具有如下性质：①Seebeck系数要大；②电导率要高；③热导率越低越好。但是对实际的材料而言，α、σ、κ三个参数是相互耦合在一起的，很难进行协同优化获得高ZT值。常用的提高材料热电性能的手段主要聚焦于：通过材料合成、制备手段调控材料在实空间的结构与组成，进而对材料在波矢空间的电子与声子色散关系、散射行为进行优化。作为一种氧化物热电材料，BiCuSeO具有较高的Seebeck系数、较低的热导率、高温稳定性等优点。但是由于氧元素的电负性特别大，BiCuSeO的电导率很低，热电性能不佳【L.D.Zhao,etal.AppliedPhysicsLetters,2010,97(9):092118.】，这限制了其进一步应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高性能BiCuSeO基热电材料及其制备方法，该热电材料具有较高的热电性能。本专利技术提供了一种高性能BiCuSeO基热电材料，具有式Ⅰ化学式：Bi1-x-yAyCu1-xSeO式Ⅰ；其中，A选自Ca、Sr、Ba或Pb；0＜x≤0.04；0≤y≤0.15。优选地，所述0.02≤x≤0.04；0≤y≤0.06。优选地，所述高性能BiCuSeO基热电材料具体为Bi0.98Cu0.98SeO、Bi0.96Cu0.96SeO、Bi0.92Pb0.06Cu0.98SeO或Bi0.90Pb0.06Cu0.96SeO。本专利技术提供了一种上述技术方案所述高性能BiCuSeO基热电材料的制备方法，包括以下步骤：按照Bi1-x-yAyCu1-xSeO的化学计量比称取粉末状原料Bi、AO、Cu、Se、Bi2O3，在氩气保护下混合均匀，真空密封后烧结，得到锭体；所述AO选自CaO、SrO、BaO或PbO；将所述锭体在氩气氛围下研磨成粉末，再进行真空热压烧结，得到高性能BiCuSeO基热电材料。优选地，所述真空密封后烧结的过程包括:将真空密封后的混合物以5℃/min的速率从室温升温至300℃，随后保温11.5～12.5小时；再以5℃/min的速率从300℃升温至700℃，并保温9.5～10.5小时；冷却至室温，得到锭体。优选地，所述真空热压烧结的温度为630～670℃，真空热压烧结的压力为75～85MPa；真空热压烧结的时间为25～35min。本专利技术提供了一种高性能BiCuSeO基热电材料，具有式Ⅰ化学式：Bi1-x-yAyCu1-xSeO式Ⅰ；其中，A选自Ca、Sr、Ba或Pb；0＜x≤0.04；0≤y≤0.15。本专利技术提供的热电材料引入Bi、Cu双空位后，构筑了层间电荷转移通道，在Bi位掺入元素A(A为Ca、Sr、Ba或Pb)后，借助于Bi/Cu双空位构筑的层间电荷转移通道，显著提高了该型材料的电导率，同时维持一个相对较大的Seebeck系数，从而提高了其热电性能。实验结果表明：Bi0.98Cu0.98SeO在773K下ZT值为0.73，Bi0.96Cu0.96SeO的ZT值为0.84；Bi0.92Pb0.06Cu0.98SeO在823K下ZT值为1.34；Bi0.90Pb0.06Cu0.96SeO在773K下ZT值为1.39。附图说明图1为本专利技术实施例1-4所制备的热电材料Bi1-x-yPbyCu1-xSeO(x＝0.02,0.04；y＝0,0.06)与BiCuSeO、Bi0.94Pb0.06CuSeO的X射线粉末衍射图；图2为本专利技术实施例1-4所制备的热电材料Bi1-x-yPbyCu1-xSeO(x＝0.02,0.04；y＝0,0.06)与BiCuSeO、Bi0.94Pb0.06CuSeO的电导率随温度的变化关系；图3为本专利技术实施例1-4所制备的热电材料Bi1-x-yPbyCu1-xSeO(x＝0.02,0.04；y＝0,0.06)与BiCuSeO、Bi0.94Pb0.06CuSeO的Seebeck系数随温度的变化关系；图4为本专利技术实施例1-4所制备的热电材料Bi1-x-yPbyCu1-xSeO(x＝0.02,0.04；y＝0,0.06)与BiCuSeO、Bi0.94Pb0.06CuSeO的总热导率随温度的变化关系；图5为本专利技术实施例1-4所制备的热电材料Bi1-x-yPbyCu1-xSeO(x＝0.02,0.04；y＝0,0.06)与BiCuSeO、Bi0.94Pb0.06CuSeO的无量纲优值(ZT)随温度的变化关系。具体实施方式本专利技术提供了一种高性能BiCuSeO基热电材料，具有式Ⅰ化学式：Bi1-x-yAyCu1-xSeO式Ⅰ；其中，A选自Ca、Sr、Ba或Pb；0＜x≤0.04；0≤y≤0.15。本专利技术提供的热电材料引入Bi、Cu双空位后，构筑了层间电荷转移通道，在Bi位掺入元素A(A为Ca、Sr、Ba或Pb)后，借助于Bi/Cu双空位构筑的层间电荷转移通道，显著提高了该型材料的电导率，同时维持一个相对较大的Seebeck系数，从而提高了其热电性能。在本专利技术中，所述0.02≤x≤0.04；具体地，实施例中，所述x的取值为0.02或0.04；在本专利技术中，0≤y≤0.15；优选为0≤y≤0.06；具体实施例中，所述y的取值为0或0.06。在本专利技术中，所述高性能BiCuSeO基热电材料具体为Bi0.98Cu0.98SeO、Bi0.96Cu0.96SeO、Bi0.92Pb0.06Cu0.98SeO或Bi0.90Pb0.06Cu0.96SeO。本专利技术提供了一种上述技术方案所述高性能BiCuSeO基热电材料的制备方法，包括以下步骤：按照Bi1-x-yAyCu1-xSeO的化学计量比称取粉末状原料Bi、AO、Cu、Se、Bi2O3，在氩气保护下混合均匀，真空密封后烧结，得到锭体；所述AO选自CaO、SrO、BaO或PbO；将所述锭体在氩气氛围下研磨成粉末，再进行真空热压烧结，得到高性能BiCuSeO基热电材料。本专利技术按照Bi1-x-yAyCu1-xSeO的化学计量比称取粉末状原料Bi、AO、Cu、Se、Bi2O3，在氩气保护下混合均匀，真空密封后烧结，得到锭体；所述AO选自CaO、SrO、BaO或PbO。在本专利技术中，所述真空密封后烧结的过程包括:将真空密封后的混合物以5℃/min的速率从室温升温至300℃，随后保温11.5～12.5小时；再以5℃/min的速率从300℃升温至700℃，并保温9.5本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高性能BiCuSeO基热电材料，具有式Ⅰ化学式：Bi1‑x‑yAyCu1‑xSeO 式Ⅰ；其中，A选自Ca、Sr、Ba或Pb；0＜x≤0.04；0≤y≤0.15。
【技术特征摘要】
1.一种高性能BiCuSeO基热电材料，具有式Ⅰ化学式：Bi1-x-yAyCu1-xSeO式Ⅰ；其中，A选自Ca、Sr、Ba或Pb；0＜x≤0.04；0≤y≤0.15。2.根据权利要求1所述的热电材料，其特征在于，所述0.02≤x≤0.04；0≤y≤0.06。3.根据权利要求1所述的热电材料，其特征在于，所述高性能BiCuSeO基热电材料具体为Bi0.98Cu0.98SeO、Bi0.96Cu0.96SeO、Bi0.92Pb0.06Cu0.98SeO或Bi0.90Pb0.06Cu0.96SeO。4.一种权利要求1～3任一项所述高性能BiCuSeO基热电材料的制备方法，包括以下步骤：按照Bi1-x-yAyCu1-xSeO的化学计量比称取粉末状原料...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖翀，朱豪，谢毅，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34
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