【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于热电应用的纳米颗粒压实体材料 关于联邦资助的研究或开发的声明 本专利技术根据美国军方合同W911NF-08-C-0058,在政府支持下完成。美国政府具有 本专利技术中的某些权利。 专利技术背景 本申请根据35U.S.C. 119(e)要求提交于2011年11月21日的美国系列号 61/562, 229的优先权，通过引用将其全部内容并入本文中。
本专利技术涉及用于生产由半导体化合物形成的微米尺寸和纳米尺寸颗粒的方法和 系统，由该颗粒形成的热电组合物，及用于它们的合成的方法。
技术介绍
由于在热电应用，例如发电和制冷中的用途，IV-VI族二元半导体材料最近引起了 人们的兴趣。例如，可在固态热电（TE)制冷和发电装置中使用Bi2Te3基化合物或PbTe基 化合物。热电装置的一种频繁利用的热电品质因数定义为如下：
【技术保护点】
热电复合物，包含：半导体材料，其由用来产生半导体材料的纳米颗粒的半导体材料的单质成分的机械合金化粉末形成，且将其压实以具有至少一种分歧的晶粒组织；且所述分歧的晶粒组织具有至少两种不同的晶粒尺寸，包括2～200nm的小尺寸晶粒和0.5～5微米的大尺寸晶粒。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.21 US 61/562,2291. 热电复合物，包含： 半导体材料，其由用来产生半导体材料的纳米颗粒的半导体材料的单质成分的机械合 金化粉末形成，且将其压实以具有至少一种分歧的晶粒组织；且 所述分歧的晶粒组织具有至少两种不同的晶粒尺寸，包括2?200nm的小尺寸晶粒和 0. 5?5微米的大尺寸晶粒。2. 如权利要求1的复合物，其中半导体材料具有品质因数ZT，其定义为塞贝克系数的 平方S2和电导率〇的乘积除以热导率k的比，其为在300K下大于1至在300?500K的 温度下的2. 5。3. 如权利要求1的复合物，其中该半导体材料包含纳米尺寸散射位置，其包括纳米空 隙、夹杂物、析出物、和晶界的至少一种。4. 如权利要求1的复合物，其中半导体材料包含具有小于10nm的尺度的纳米尺寸散射 位置。5. 如权利要求1的复合物，其中该半导体材料包含具有小于5nm的尺度的纳米尺寸散 射位置。6. 如权利要求1的复合物，其中机械合金化的粉末包含在晶粒的晶界处具有最小氧化 的粉末。7. 如权利要求6的复合物，其中在具有小于lppm的氧的气氛中形成和压实该机械合金 化的粉末。8. 如权利要求6的复合物，其中在具有小于lppm的氧的纯氩气氛中形成和压实该机械 合金化的粉末。9. 如权利要求1的复合物，其中在大于900MPa的压力下压实该半导体材料。10. 如权利要求1的复合物，其中在1?lOGPa的压力下压实该半导体材料。11. 如权利要求10的复合物，其中在350?450°C的温度下压实该半导体材料，持续小 于15分钟的持续期以降低晶粒生长。12. 如权利要求10的复合物，其中在415°C的温度下压实该半导体材料，持续小于15 分钟的持续期以降低晶粒生长。13. 如权利要求1的复合物，其中小尺寸晶粒具有2?50nm的晶粒尺寸。14. 如权利要求1的复合物，其中所述压实体包含n型Bi2Te3_xSe x和p型Bi2Te3_xSex的 至少一种。15. 如权利要求14的复合物，其中x为0. 1?0. 9。16. 如权利要求14的复合物，其中x为0. 2?0. 5。17. 如权利要求14的复合物，其中x为0. 25?0. 35。18. 如权利要求1的复合物，其中所述压实体包含SiGe、PbTe、PbTeSe、PbTeGeTe、 PbTeGeSbTe、和由Zr、Hf、Co、Sn、Sb和Ni制成的半霍斯勒化合物的至少一种。19. 如权利要求1的复合物，其中所述半导体材料具有ZT，其定义为塞贝克系数的平方 S2和电导率〇的乘积除以热导率k的比，对于该n型和p型材料的半导体材料，在300? 500K下大于1. 0。20. 如权利要求1的复合物，其中所述半导体材料包含n型Bi2Te3_xSe x，且具有以下性 质的至少一种： 1. 09?1. 25/°C的电阻率的对数斜率； 在125°C下225?325ii V/K的塞贝克系数； 在125°C下1. 1?1. 6W/m-K的热导率；和 在125°C下45?100微W/cm-K2的功率因数。21. 如权利要求1的复合物，其中所述半导体材料包含p型Bi2Te3_xSe x，且具有以下性 质的至少一种： 1. 75?2. 27/°C的电阻率的对数斜率； 在125°C下250?325ii V/K的塞贝克系数； 在125°C下1. 0?1. 35W/m-K的热导率；和 在125°C下40?100微W/cm-K2的功率因数。22. 热电装置，包含： 具有至少一种分歧的晶粒组织的n型压实热电元件，该分歧的晶粒组织具有至少两种 不同的晶粒尺寸，包括2?200nm的小尺寸晶粒和0. 5?5微米的大尺寸晶粒； 具有至少一种分歧的晶粒组织的P型压实热电元件，该分歧的晶粒组织具有至少两种 不同的晶粒尺寸，包括2?200nm的小尺寸晶粒和0. 5?5微米的大尺寸晶粒； 桥接板，其连接n型压实热电元件和p型压实热电元件；和 基板，其分别连接到n型压实热电元件和p型压实热电元件的末端。23. 如权利要求22的装置，其中n型压实热电元件和p型压实热电元件的至少一种具 有品质因数ZT，其定义为塞贝克系数S和电导率〇的乘积除以热导率k的比，其为在300K 下的大于1至300?500K温度下的2. 5。24. 如权利要求22的装置，其中： 该n型压实热电元件包含n型Bi2Te3...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·文卡塔苏伯拉玛尼安，J·斯图尔特，R·维塔拉，P·汤姆斯，C·C·科克，T·E·千，
申请(专利权)人：研究三角协会，北卡罗来纳州立大学，
类型：发明
国别省市：美国;US
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