一种核壳结构NiSe2@SiO2热电材料及制备方法。本发明专利技术通过机械合金化法制备了颗粒尺寸为0.1~1µm的NiSe2前驱粉体，通过溶胶凝胶法在NiSe2粉体表面包覆厚度在5~500nm范围内可控的无定形SiO2，制备出以SiO2为壳、NiSe2为核的核壳结构NiSe2@SiO2复合粉体。所得复合粉体经放电等离子烧结后，核壳结构保存于块体中，制备出核壳结构的NiSe2@SiO2复合块体热电材料。NiSe2@SiO2复合块体热电材料较单相NiSe2热电材料具备更高的塞贝克系数、功率因子，同时降低了热导率。本发明专利技术工艺具有节能、省时、产量高等特点。
【技术实现步骤摘要】
核壳结构NiSe2@Si02复合热电材料及制备方法
本专利技术属于能源材料
,涉及一种核壳结构NiSe2OSiO2复合热电材料及其制备方法，特别涉及到溶胶凝胶法和放电等离子烧结工艺。
技术介绍
热电材料是一种能够直接实现热能和电能相互转化的功能材料。它具有尺寸小、可靠性高、无传动部件、无噪音、无污染等优点，在工业余废热的回收利用以及空间特殊电源等领域具有广阔的应用前景。材料的热电性能可用无量纲热电优值ZT来衡量ZT =α2σ T/K，其中α为Seebeck系数，σ为电导率，κ为热导率，α2σ被定义为材料的功率因子。性能优异的热电材料需要高电导率，高Seebeck系数和低热导率。材料的ZT值越高，热电转换效率越高。NiSe2空间群为Pa3，具有类似NaCl的立方结构，由共价键组成的Se-Se间距离较小，组成一个Se2对，相当于晶体结构中的Cl原子。NiSe2是一种泡利顺磁体金属，电导率高于lOOOScnT1,高的电导率有利于用作可充电锂电池中的储能材料。Bither等人通过将高纯单质原料粉体混合研磨，在1200°C烧结2h，最终制备了 NiSe2^1块体材料。结果显示25°C时的电导率为 lOOOOScnT1，Seebeck 系数为-7 μ VIT1，功率因子(PF)为 Agywn^IT2。NiSe2热电材料虽然具有较高的电导/热导比值，但其Seebeck系数很低，低于10 μ V/K，因此提升NiSe2热电材料ZT值的关键点在于提升其Seebeck系数。(I)Zou L等人通过机械合金化结合放电等离子烧结技术制备了 Cu1.8S分散SiO2晶体的复合热电材料，由于SiO2晶体对载流子的强散射作用增加了散射因子，提高了 Seebeck系数，其中50nm SiO2颗粒直接分散5% wt后，Cul8S块体复合热电材料较单相Cu1.8S块体的Seebeck系数提高了近一倍，623K时ZT值达到了 0.28，较纯的Cu18S块体提高了 40% [Zou L, Zhang B P, Ge Z H, et al.Sizeeffect of Si02on enhancing thermoelectric properties of Cu18S[J].physica statussolidi(a)，2013，210(12):2550-2555.]。这种直接分散SiO2纳米固体颗粒的方式对于获得低分散浓度同时高均匀分散性的结构较困难。(2)霍德璇等人提供了一种利用水热法制备了核壳结构纳米热电材料的制备方法[霍德璇，赵士超，吕燕飞，核壳结构纳米热电材料的制备方法，200710164855]。该方法用水热法制备核壳结构的热电材料，其热电性能得到一定程度提升。但是，此方法反应时间长，工艺复杂，产量低，不利于大规模生产。为进一步提升NiSe2的热电性能，制备核壳结构的NiSe2块体热电材料，通过适量SiO2包覆层所产生的能量势垒能对低能载流子产生过滤作用，保证其高电导率的同时，增强散射因子以提升Seebeck系数并获得更高的功率因子。此外，NiSe2包覆层能够限制晶粒长大，增强声子散射，有效地降低热导率。目前，对于制备核壳结构特征的NiSe2IgSiO2热电材料未见报道。
技术实现思路
本专利技术目的是针对NiSe2热电材料高电导、低Seebeck系数的特点,制备核壳结构特征的NiSe2OSiO2热电材料,进一步提高其热电性能。本专利技术提供的具有核壳结构NiSe2IgSiO2复合热电材料，其特征是=NiSe2OSiO2复合粉体以NiSe2为核、无定形SiO2为壳，经放电等离子烧结技术烧结成核壳结构NiSe2IgSiO2块体材料。本专利技术中所涉及NiSe2IgSiO2复合粉体中NiSe2粉体粒径为0.1?2 μ m，无定形SiO2壳层厚度在5?500nm。无定形SiO2壳层是通过正娃酸乙酯水解缩合反应的反应产物在NiSe2表面直接形核生长形成，壳层厚度可通过控制正硅酸乙酯浓度和反应时间来调节。本专利技术中复合粉体的核壳结构经放电等离子体快速烧结技术烧结后在块体中能够得到有效保持。本专利技术提供上述核壳结构NiSe2OSiO2复合热电材料其制备方法包括如下步骤:(I)NiSe2前驱粉体的制备:按化学计量比称取质百分数>99.0%的N1、Se单质粉体，在5%H2+95%Ar保护下，以球料比20: 1、干磨转数为425rpm球磨40h,湿磨转速为300rpm,时间为0.5h,制备出纯相NiSe2粉体；(2)核壳结构NiSe2OSiO2复合粉体的制备:配置乙醇与水体积比4:1的醇水溶液，将NiSe2粉体加入到乙醇水溶液中，超声分散30min，滴入氨水调节pH至11，再滴入正硅酸乙酯，其中正硅酸乙酯与反应体系中去离子水体积比为1:10?200，室温下磁力搅拌5min?Ih后静置，60°C下保温48h烘干，得到核壳结构NiSe2OSiO2复合粉体；(3)核壳结构NiSe2IgSiO2复合块体材料的制备:通过放电等离子快速烧结技术，在压力40?200MPa，温度500?700°C下保温I?20min,制备出核壳结构NiSe2OSiO2复合块体热电材料。本专利技术通过机械合金化结合溶胶凝胶法制备出核壳结构的NiSe2OSiO2粉体,用放电等离子烧结技术制备了核壳结构NiSe2OSiO2块体热电材料,提升了材料Seebeck系数及功率因子，同时降低了热导率，实现了材料热电性能的优化。【附图说明】图1为具有核壳结构NiSe2IgSiO2复合粉体的TEM图；【具体实施方式】按化学计量比称取质量百分数>99.0%的N1、Se单质粉体，在5% H2+95% Ar保护下，以球料比20: 1、干磨转数为425rpm球磨40h,湿磨转速为300rpm,时间为0.5h,制备出纯相NiSe2粉体，通过溶胶凝胶法在NiSe2粉体表面包覆厚度在5?500nm范围内可控的无定形SiO2,制备出核壳结构的NiSe2OSiO2复合粉体。所得复合粉体经放电等离子烧结后，核壳结构保存于块体中，制备出核壳结构的NiSe2OSiO2复合块体热电材料。试验条件如下:正硅酸乙酯与反应体系中去离子水体积比为1:10?200，放电等离子烧结温度为500?700°C，压力为40?200MPa。表I本专利技术为核壳结构NiSe2IgSiO2热电材料的几个优选实施例:本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种核壳结构NiSe2@SiO2复合热电材料，其特征是：NiSe2@SiO2以复合热电材料NiSe2粉体为核、无定形SiO2为壳，经放电等离子快速烧结成具有核壳结构的高性能热电材料。
【技术特征摘要】
1.一种核壳结构NiSe2IgSiO2复合热电材料，其特征是:NiSe2IgSiO2以复合热电材料NiSe2粉体为核、无定形SiO2为壳，经放电等离子快速烧结成具有核壳结构的高性能热电材料。2.按照权利要求1所述核壳结构NiSe2IgSiO2复合热电材料，其特征在于其中NiSe2粉体颗粒尺寸为0.无定形SiO2壳层厚度在5~500nm ;复合粉体经放电等离子体快速烧结后，NiSe2IgSiO2核壳结构在块体中得以保留。3.按照权利要求1所述核壳结构NiSe2IgSiO2复合热电材料，其特征在于无定形SiO2壳层是通过正硅酸乙酯水解缩合反应的反应产物在NiSe2表面直接形核生长形成，壳层厚度通过控制正硅酸乙酯浓度和反应时间来调节。4.按照权利要求2所述核壳结构NiSe2OSiO2复合热电材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)NiSe2前驱粉体的制备: 按化学...
【专利技术属性】
技术研发人员：张波萍，张代兵，郑丽君，程冬冬，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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