高稳定性Zn4Sb3热电复合材料及其制备方法技术

一种具有高稳定性的Zn4Sb3热电复合材料的制备方法，包括：1)将Zn4Sb3块体材料磨碎；2)配制无机盐溶液；3)将步骤1)中获得的Zn4Sb3小颗粒与步骤2)配制的无机盐溶液混合；4)将步骤3)获得的含有无机盐溶液的Zn4Sb3小颗粒烘干；5)将步骤4)获得的小颗粒烧结，得到致密块体，即获得结构稳定性提高的Zn4Sb3热电材料。本发明专利技术还提供一种通过上述方法获得的Zn4Sb3热电复合材料。

High stability Zn

A Zn with high stability

【技术实现步骤摘要】
高稳定性Zn4Sb3热电复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种属于新能源材料领域，特别涉及一种高稳定性Zn4Sb3复合热电材料及其制备方法。
技术介绍
在传统能源消耗过程中，高达60％的能量转化为了热量，其中大量的热量以废热的形式浪费掉了。这种浪费不但造成了温室效应，而且引起了严重的环境污染问题，研究可替代的环保新能源正引起了各国的重视。热电材料可以实现热能和电能的直接相互转化，并且可以利用工业废热、地热等中低温热源来直接发电，是缓解能源危机的有效手段。它无需运动部件，性能可靠寿命长，易于精确控制且无污染，在航天、军事、生活、工业等方面正得到越来越广泛的应用。Zn4Sb3是中温区最具潜力的热电材料之一，其在670K左右ZT值可以达到1.3。与其它PbTe、Bi2Te3等高性能热电材料相比，Zn4Sb3材料组分Zn和Sb在地球上储量相对丰富且对环境均无污染。作为性能优异的热电材料，阻碍Zn4Sb3应用的关键在于其高温热稳定性。Zn4Sb3在高于150℃时，会缓慢分解为单质Zn和ZnSb，从而影响其热电性能。也阻碍其在实际工业生产中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种高稳定性Zn4Sb3复合热电材料及其制备方法。一种具有高稳定性的Zn4Sb3热电复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)将Zn4Sb3块体材料磨碎；2)配制无机盐溶液；3)将步骤1)中获得的Zn4Sb3小颗粒与步骤2)配制的无机盐溶液混合；4)将步骤3)获得的含有无机盐溶液的Zn4Sb3小颗粒烘干；5)将步骤4)获得的小颗粒烧结，得到致密块体，即获得结构稳定性提高的Zn4Sb3热电材料。作为进一步改进的，x的范围为0到1。作为进一步改进的，所述步骤1)中，磨碎后的Zn4Sb3粒径在10nm～1mm。作为进一步改进的，在步骤1)中，研磨的气氛为空气气氛或惰性气体气氛。作为进一步改进的，在步骤2)中，所述无机盐溶液中无机盐包括硫酸盐、硝酸盐、氯化盐、醋酸盐及其混合物，所述溶液中的溶剂包括水、酒精、乙醚、丙酮及其混合物。作为进一步改进的，在步骤2)中，所述无机盐溶液的浓度为0.01mol/L～1mol/L。作为进一步改进的，在步骤3)中，所述将Zn4Sb3小颗粒与步骤2)配制的无机盐溶液混合的步骤包括：将Zn4Sb3小颗粒浸入无机盐溶液中或对Zn4Sb3小颗粒喷洒无机盐溶液。作为进一步改进的，在步骤4)中，烘干过程选择在空气中烘干或在惰性气氛保护下烘干，烘干的温度为室温～500℃。作为进一步改进的，在步骤5)中，烧结方式选择热压烧结或放电等离子烧结。作为进一步改进的，在步骤5)中，烧结的温度为300℃～500℃，烧结的压力为10MPa～300MPa。本专利技术还涉及一种根据上述方法所获得的高稳定性Zn4Sb3复合热电材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：能在不影响或少影响Zn4Sb3材料热电性能的前提下，避免Zn4Sb3材料高温弯曲变形，提高其高温结构稳定性，促进Zn4Sb3材料的商业化应用。另外，本专利技术的制备工艺还具有方法简单、成本低廉等特点。附图说明图1为研磨后得到的Zn4Sb3小颗粒的结构示意图。图2为干燥后的Zn4Sb3粉末颗粒的结构示意图。图3通过等离子活化烧结后的致密Zn4Sb3热电复合材料的结构示意图。主要元件符号无具体实施方式下面将结合附图和实施方式对本专利技术的高稳定性Zn4Sb3复合热电材料及其制备方法作具体介绍。请参照图1-3，本专利技术实施例提供一种具有高稳定性的Zn4Sb3热电复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)将Zn4Sb3块体材料磨碎；2)配制无机盐溶液；3)将步骤1)中获得的Zn4Sb3小颗粒与步骤2)配制的无机盐溶液混合；4)将步骤3)获得的含有无机盐溶液的Zn4Sb3小颗粒烘干；5)将步骤4)获得的小颗粒烧结，得到致密块体，即获得结构稳定性提高的Zn4Sb3热电材料。在步骤1)中，优选的，x的范围为0到1。更优选的，x的范围为0到0.5。磨碎后的Zn4Sb3粒径在10nm～1mm，优选为：100nm～100μm，更优选为：50μm～100μm。可以理解，Zn4Sb3的粒径过小会导致材料热电性能下降，还会使颗粒容易粘结在一起；粒径过大不利于提高材料的稳定性，且不利于与无机盐形成良好的接触。另外，所述研磨的气氛可以为空气气氛或惰性气体气氛。在步骤2)中，所述无机盐溶液中无机盐包括硫酸盐、硝酸盐、氯化盐、醋酸盐及其混合物。优选为氯化盐，如氯化铁、氯化铜、氯化锌等。更优选为氯化锌。所述溶液中的溶剂包括水、酒精、乙醚、丙酮及其混合物。另外，所述无机盐溶液的浓度为0.01mol/L～1mol/L。实验表明，各溶剂均具有较为优选的范围。当溶剂为水时，其浓度约为0.05mol/L～0.2mol/L。在步骤3)中，所述将Zn4Sb3小颗粒与步骤2)配制的无机盐溶液混合的步骤包括：将Zn4Sb3小颗粒浸入无机盐溶液中或对Zn4Sb3小颗粒喷洒无机盐溶液。在步骤4)中，烘干过程选择在空气中烘干或在惰性气氛保护下烘干，烘干的温度为室温～500℃。在步骤5)中，烧结方式选择热压烧结或放电等离子烧结。热压烧结速度较慢，放电等离子烧结速度快、效率高。故，优选为放电等离子烧结。烧结的温度为300℃～500℃，优选的，烧结的温度为400℃～500℃。压力太小时，烧结材料的密度较低，压力过大会导致密度太高影响其热电性能。故，烧结的压力为10MPa～300MPa，优选的，烧结的压力为60MPa～100MPa。更优选的，烧结的压力为60MPa～70MPa。烧结的时间为5分钟～30分钟。烧结结束后优选的，在真空环境下保温5分钟～30分钟，真空度优选小于100Pa。在烧结的过程中，无机盐会形成氧化物紧密包裹于Zn4Sb3颗粒四周，起到防止Zn4Sb3颗粒颗粒变形，并防止Zn4Sb3分解的作用。请参照图3，本专利技术实施例还涉及一种根据上述方法所获得的高稳定性Zn4Sb3复合热电材料。实施例1称量5g的Zn4Sb3块体材料，采用玛瑙研钵磨碎，颗粒粒径在50-100μm；配制0.1mol/L的ZnCl2水溶液50ml；将研磨好的Zn4Sb3粉末颗粒浸入配制好的ZnCl2溶液中，并充分混合；将混合后的Zn4Sb3粉末在石英管中加热到50摄氏度，氩气气氛保护下烘干；将干燥后的粉末颗粒，装入直径为20mm的石墨模具中，放入放电等离子烧结系统中烧结。烧结压力80MPa、烧结温度430℃、真空小于10Pa、保温15分钟。得到致密块体材料，即获得热稳定性提高的Zn4Sb3热电材料。另外，本领域技术人员还可在本专利技术精神内做其它变化，当然，这些依据本专利技术精神所做的变化，都应包含在本专利技术所要求保护的范围的内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高稳定性Zn

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性Zn4Sb3复合热电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将Zn4Sb3块体材料磨碎；2)配制无机盐溶液；3)将步骤1)中获得的Zn4Sb3小颗粒与步骤2)配制的无机盐溶液混合；4)将步骤3)获得的含有无机盐溶液的Zn4Sb3小颗粒烘干；5)将步骤4)获得的小颗粒烧结，得到致密块体，即获得结构稳定性提高的Zn4Sb3热电材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，磨碎后的Zn4Sb3粒径在10nm～1mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，研磨的气氛为空气气氛或惰性气体气氛。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述无机盐溶液中无机盐包括硫酸盐、硝酸盐、氯化盐、醋酸盐及其混合物，所述溶液中的溶剂包括水、酒精、乙醚、丙酮及其混合物。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：林建平，陈偲，郑中华，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建,35