三元稀土铜碲晶体材料用作热电材料的用途制造技术

本发明专利技术涉及三元稀土铜碲晶体材料用作热电材料的用途。该晶体材料分子通式为RECuTe

Three yuan rare earth copper tellurium crystal material used as thermoelectric material

The present invention relates to the use of three yuan rare earth copper tellurium crystal material as thermoelectric material. The molecular formula of the crystal material is RECuTe

【技术实现步骤摘要】
三元稀土铜碲晶体材料用作热电材料的用途
本专利技术涉及热电材料
，具体而言，涉及三元稀土铜碲晶体材料的制备方法及用作热电材料的用途。
技术介绍
热电材料是指一类特殊的半导体材料，可以通过内部载流子(电子或空穴)运动实现热能与电能之间的相互转换，这一独特的物理性能使它们在军事和航天领域具有非常重要的应用。近年来随着全球环境污染和能源危机日趋严重，绿色环保型的热电材料的研究获得了广泛的关注与重视。利用热电材料将废热转化为可利用的电能，能够大幅度的提升能源使用效率，同时在节能减排方面也可以发挥关键性作用。热电材料的热电转换效率主要是由热电材料的性能所决定的，可用热电优值ZT来表征，其计算公式为ZT＝(S2σ)T/κ，ZT越大，热电材料的性能越好。式中S是材料的塞贝克系数，σ是电导率，T是绝对温度，κ是总的热导率。S2σ又被称为功率因子(简写为PF)，用于表征热电材料的电学性能。2012年，Gulay,L.D.等人(J.SolidStateChem.2012,186,142–148)报道了空间群为的晶体材料RECuTe2(RE＝Tb,Dy)的合成方法，整个反应过程长达36天，且并无任何物理性能的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一类晶体材料的制备方法和用作热电材料的用途。本专利技术的又一目的是提供一类含有晶体材料的热电材料及其制备方法。本专利技术的热电材料性能优异，其热电优化值ZT(750K)最高可达1.0，并且具有较高的稳定性。本专利技术目的通过如下技术方案实现：一种晶体用作热电材料的用途，所述晶体的空间群为且分子式为RECuTe2，其中RE为Tb或Dy。根据本专利技术，RECuTe2晶体材料的骨架结构由Cu与Te形成，具有二维类蜂窝状层状结构，RE填充于二维层状中。本专利技术可获得纯相的晶体材料，且该晶体材料具有较高的热稳定性，能够稳定到1300K以上，同时在630K左右存在一级的结构相变。本专利技术还提供了上述任一类晶体材料的制备方法，包括：将含有稀土元素、铜元素和碲元素的原料，置于真空条件下，通过高温固相法制备得到所述晶体材料。优选地，所述原料中稀土元素、铜元素和碲元素的摩尔比为RE:Cu:Te＝1:1:2混合后置于真空条件下加热并恒温。根据本专利技术，将含有稀土元素、铜元素和碲元素的原料混合后置于镀碳膜的石英坩埚中，然后将镀碳膜的石英坩埚置于石英反应管中，真空抽至10-2Pa并用氢氧火焰烧熔密封石英反应管，将石英反应管放入带有温控仪的管式炉中加热反应。上述制备方法中采用的原料可以是化合物，但并不局限于此，只要含有稀土元素、铜元素和碲元素即可。优选稀土元素来自稀土单质，铜元素来自铜单质，碲元素来自碲单质。根据本专利技术，高温固相法是在高温下长时间保持。优选将原料混合物置于真空条件下加热至800～1300℃。进一步优选可以加热至900～1100℃，更优选950～1050℃。所述保持时间大于等于50小时，优选大于等于70小时。例如优选为100～150小时。在本专利技术的一个实施方案中，所述高温固相法的条件为：900～1100℃下保持不少于100小时。在本专利技术的又一个实施方案中，所述高温固相法的条件为：950～1050℃下保持100小时。根据本专利技术，在上述制备方法中，在高温制备后，将所述高温产物降温到室温。优选以不超过10℃/小时的速率，例如以8℃/小时的速率降至300℃，之后自然冷却至室温。本专利技术还提供了一类热电材料，其含有一类晶体材料，所述晶体材料的结构为RECuTe2，其中RE为Tb或Dy，空间群为优选地，热电材料由上面所述的晶体材料组成。本专利技术进一步提供了一类致密块体状的热电材料，其是由晶体材料RECuTe2，其中RE为Tb或Dy，空间群为经热压烧结得到。根据本专利技术，上述方法中的热压烧结的压力优选为50～150MPa，更优选80～120MPa。所述热压烧结的温度优选为600～800℃，更优选650～750℃。所述热压烧结时间优选大于30分钟，更优选60～120分钟，进一步优选为60～90分钟。优选例如可以在压力为120MPa和温度为650℃下热压烧结60分钟；或者在压力为90MPa和温度为700℃下热压烧结90分钟；或者在压力为60MPa和温度为750℃下热压烧结120分钟。采用该晶体材料热压制备的热电材料性能优异，在750K时热导率为0.44–0.49W/m·K，电导可达93–120S/cm，塞贝克系数可达226–248μV/K，ZT值为0.95–1.0。根据本专利技术的再一方面，提供一类热电转换器，包括上述本专利技术所述的晶体材料RECuTe2，其中RE为Tb或Dy，空间群为或者本专利技术所述的致密块体热电材料。本专利技术至少具有如下有益效果：(1)本专利技术所述的晶体用作热电材料性能优异，例如，TbCuTe2的热电优值ZT在750K达到1.0。(2)本专利技术所制备的晶体材料具有较高的稳定性。能够稳定到1300K以上，同时在630K左右存在一级的结构相变。(4)本专利技术在制备空间群为的RECuTe2晶体材料时选择了特定的加热温度，大大缩短了反应时间。附图说明图1是样品RECuTe2(RE＝Tb,Dy)粉体的X射线衍射图谱；图2是样品RECuTe2(RE＝Tb,Dy)电热输运性能与温度的关系图：(a)是电导与温度的关系图；(b)是塞贝克系数与温度的关系图；(c)是功率因子与温度的关系图；(d)是热导率与温度的关系图；图3是样品RECuTe2(RE＝Tb,Dy)热电优值ZT与温度的关系。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术作进一步的详细说明。但本领域技术人员了解，本专利技术的保护范围不仅限于以下实施例。根据本专利技术公开的内容，本领域技术人员将认识到在不脱离本专利技术技术方案所给出的技术特征和范围的情况下，对以上所述实施例做出许多变化和修改都属于本专利技术的保护范围。下述实施例中所用材料，如无特殊说明，均是商业上购买得到的产品。在下述实施例中，X射线粉末衍射图谱采用理学公司(RigakuCorporation)生产的D/MAX2500型X射线粉末衍射仪分析，Cu靶，Kα辐射源(λ＝0.154184nm)。热导率采用德国耐驰(Netzsch)的LFA427型热导仪测试。电导和塞贝克系数采用日本真空理工公司(ULAC-RIKO，Inc.)的ZEM-3型热电性能测定仪测定。热压烧结在上海晨鑫电炉有限公司的ZTY-15-20型热压烧结炉中进行。实施例中，原料稀土为购自惠州市拓普金属材料有限公司纯度99.99％的稀土；铜粉购自国药集团化学试剂有限公司，纯度为99.999％；碲块购自国药集团化学试剂有限公司，纯度为99.999％。实施例1样品RECuTe2(RE＝Tb,或Dy)粉体的制备将原料稀土RE、铜粉和碲块(按照稀土元素、铜元素和碲元素的摩尔比为RE:Cu:Te＝1:1:2)依次放置于镀碳膜的石英坩埚中，将装有原料的石英坩埚置于石英反应管中，真空抽至10-2Pa并用氢氧火焰烧熔密封石英反应管。将石英反应管放入带有温控仪的管式炉中，加热至1000℃，并保持100小时。然后以不超过10℃/小时的速度程序降温至300℃后，停止加热。自然冷却至室温。经研磨，即得RECuTe2(RE＝Tb,或Dy)晶体材料粉体。下面分别对实施例1中获得的样品RECuTe2(RE＝T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体材料用于热电材料的用途，其特征在于，所述晶体材料的结构为RECuTe

【技术特征摘要】
1.一种晶体材料用于热电材料的用途，其特征在于，所述晶体材料的结构为RECuTe2，其中，RE为Tb或Dy，空间群为2.一种热电材料，其含有权利要求1中所定义的晶体材料。优选地，所述热电材料由权利要求1中所定义的晶体材料组成。3.一种致密状的热电材料，其是由权利要求1中所定义的晶体经热压烧结得到。优选的，所述热压烧结的压力为50～150MPa，更优选为60～110MPa；所述热压烧结的温度优选为600～800℃，更优选为650～750℃；所述热压烧结时间优选大于30分钟，更优选为60～120分钟，进一步优选为60～90分钟。4.一种热电转换器，包括权利要求1中所定义的晶体材料，或者权利要求3所述的致密状的热电材料。5.权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴立明，林华，陈玲，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35