本发明专利技术涉及一种高优值系数的高温合金热电材料及其制备方法，将铜镍合金Cu0.5Ni0.5和ZrO2纤维加粘合剂混合后于温度1020～1150℃下进行烧结1～15h制得，其通式为(1-x)Cu0.5Ni0.5·xZrO2，其中x＝0.1～0.9。本发明专利技术由铜镍合金Cu0.5Ni0.5与氧化锆ZrO2组分共同烧结而成的高温热电材料具有较高的Seebeck系数(74.3～86.9μV/K(1100K))和功率因子(731～5521μW/K2m(1100K))，较低的电阻率(0.1～1.0mΩcm(1100K))和热导率(1.2～22.4W/Km)以及较高的优值系数ZT(0.26～0.58)。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于热电材料技 术领域。
技术介绍
热电材料是利用其内部载流子的输运实现电能和热能相互转化的一种功能性材 料，即它可以将电能转化为温度差，也可以利用温度差来进行发电。热电材料的这种特性使 得它在温差发电和制冷方面有这广阔的应用前景。 热电材料应用在发电装置上，可以作为深层空间探测器、野外作业、深海作业等的 电源，也可以用于工业废热发电；热电材料应用在制冷装置上，可以用于冰箱、计算机芯片、 激光探测器等的局部制冷，也可以用于医用领域。使用热电材料制成的装置具有体积小、无 噪声、机构简单、无机械磨损等优点，在能源问题日趋突出的今天，有着广泛的应用前景。 热电材料的性能优劣用一个无量纲的热电优值系数ZT来表征： ZT = S2 σ T/ K 其中S、σ、Τ、κ分别为Seebeck系数、电导率、绝对温度和热导率。性能优良的 热电材料应具有较大的塞贝克系数和电导率以及较小的热导率。目前的高温热电材料在工业废热发电、太空卫星等领域方面有着重要的应用。但 是传统的热电材料有着很多的缺点，例如高温易分解，造价高昂，工艺流程复杂，原料丰度 低等。 铜镍合金是一种成熟的合金材料，在工业领域已经有很广泛的应用。铜镍合金有 良好的电学性质，并且原料储量很大。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种高优值系数的高温合金热电材料，该热电 材料在高温区具有较高的塞贝克系数、电导率，较低的热导率，热电优值系数高。 本专利技术还提供一种高优值系数的高温合金热电材料的制备方法，原料来源广，价 格低廉，制备工艺简单。 本专利技术的技术方案如下： -种高优值系数的高温合金热电材料，组成通式为（I-X)Cua5Nia5 · XZrO2，其中X =0. 1~0. 9,该热电材料在1100Κ的塞贝克系数为74. 3~86. 9 μ V/K，电阻率为0. 1~ 1.0 mQcm,功率因子为731~5521 yW/K2m ;热导率为1. 2~22. 4W/Km，优值系数ZT为 0. 26 ~0. 58。 本专利技术优选的，所述高温合金热电材料，组成通式为（I-X)Cua5Ni a5 ^xZrO2，其中X =0. 1 ~0. 5。 _4] 本专利技术的高温合金热电材料，是将铜镍合金〇1。.5附。.5和ZrO2纤维加粘合剂混合后 于温度1020~1150°C下进行烧结1~15h制得。 上述高优值系数的高温合金热电材料的制备方法，包括步骤如下： (1)将铜镍合金Cua5Nia5微粒、二氧化锆纤维按照（9~1) :1的摩尔比进行混合， 得初步混合物，加入粘合剂，充分混合后进行研磨； (2)研磨后得到的混合物料进行压片； (3)将步骤⑵中制得的压片，升温至1020~1150°C，于温度1020~1150°C下进 行烧结时间1~15h，烧结过程中通入混合气体，降温至室温，制得高优值系数的高温合金 热电材料。 本专利技术优选的，所述的粘合剂为质量浓度3~6%的聚乙烯醇溶液，聚乙烯醇溶液 的添加量为每克初步混合物中添加聚乙烯醇溶液〇. 1~〇. 3ml。 本专利技术优选的，所述的二氧化锆纤维直径为8~12 μ m。 本专利技术优选的，所述铜镍合金Cua5Nia5微粒的粒径为50~1800nm。市购产品，北 京德科岛金科技有限公司有售。 本专利技术优选的，步骤（1)中研磨时间为0· 5~2h。 本专利技术优选的，步骤（2)中压片压成压力为133~333MPa，所述的压片为圆片状， 压片的直径为12~18mm，厚度为6~10mm。 本专利技术优选的，所述的混合气体为H2/Ar混合气，H2含量为3~6%，通气气流流速 为 0·2L/min〇 本专利技术优选的，步骤（3)的升温为分阶段升温，首先从室温以3~6°C /min的升温 速率加热到800°C，加热1~2min ;然后以1~3°C /min的升温速率加热到1080~1150°C， 于该温度下保温1~6h。 本专利技术优选的，步骤（3)的降温速率为2~5°C /min。 本专利技术的优点为： 本专利技术制备了一种高优值系数的高温热电材料，其最大ZT值在1100K是达到了 0. 58〇 本专利技术制备的铜镍合金基热电材料，其材料成分所含的元素在地壳中储量丰富， 且本专利技术中所用的铜镍合金是一种很成熟的合金材料，价格低廉，使得本专利技术的成本相对 其他热电材料低很多。 本专利技术制备的铜镍合金基热电材料高温稳定性好，制备工艺简单。【附图说明】 图1为实施例1-6制备的高温合金热电材料的XRD图谱。 图2为实施例1-6制备的高温合金热电材料的Seebeck系数S随温度变化图。 图3为实施例1-6制备的高温合金热电材料的电阻率P随温度变化图。 图4为实施例1-6制备的高温合金热电材料的功率因子PF随温度的变化图。 图5为实施例1-6制备的高温合金热电材料的热导率κ随温度的变化图。 图6为实施例1-6制备的高温合金热电材料的优值系数ZT随温度的变化图。【具体实施方式】 下面通过具体实施例结合附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不限于这些实施 例。 实施例1 一种高优值系数的高温合金热电材料，组成通式为0. 9CuQ.5Nia5 · 0. lZr02。 制备方法，步骤如下： (1)将铜镍合金Cua5Nia5微粒、二氧化锆纤维按照9 :1的摩尔比进行混合，得初步 混合物，加入质量浓度5%的聚乙烯醇溶液做粘合剂，聚乙烯醇溶液的添加量为每克初步混 合物添加聚乙烯醇溶液0. lml，充分混合后进行研磨Ih ; (2)研磨后得到的混合物在磨具中进行压成圆片，施加压力为6Kpa，圆片的直径 为15mm，厚度为8mm ; (3)将步骤（2)中制得的圆片，在管式炉中进行烧结，并通AH2/Ar混合气，其中H 2 含量为5%，首先从室温以5°C /min的升温速率加热到800°C，加热2min ;然后以1°C /min 的升温速率加热到ll〇〇°C，于该温度下保温6h，烧结完后，然后以5°C /min降温到800°C， 最后自然冷却到室温。制得高优值系数的高温合金热电材料。 性能检测 使用 Rigaku D/MAX-2550P 型 X 射线衍射仪，采用 Cu K a 1 射线（λ = 〇· 15406nm)， 对样品照射X射线，扫描角度为20°~70°，扫描步长为0.02°，得到其XRD图谱，如图I 所示。 使用Linseis LSR-3/1100型Seebeck测试仪进行电学输运特性的测量，可以同时 测得样品的塞贝克（Seebeck)系数和电阻率，在不同温度下的塞贝克（Seebeck)系数和电 阻率，如图2和图3所示。不同温度下的功率因子PF随温度的变化如图4所示。 本实验使用Netzsch LFA 427型激光脉冲仪和Netzsch STA 449C型热分析仪来 测量热导率，如图5所示。 根据上述测量值按照ZT值的计算公式可以得到样品在1100K的优值系数ZT。 优值系数ZT在不同温度下随温度的变化如图6所示。当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高优值系数的高温合金热电材料，其特征在于，组成通式为(1‑x)Cu0.5Ni0.5·xZrO2，其中x＝0.1～0.9，该热电材料在1100K的塞贝克系数为74.3～86.9μV/K，电阻率为0.1～1.0mΩcm，功率因子为731～5521μW/K2m；热导率为1.2～22.4W/Km，优值系数ZT为0.26～0.58。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑，张涛，李宜，王春雷，苏文斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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