一种铑基氧化物热电材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种铑基氧化物热电材料及其制备方法，属于新能源材料及其制备技术领域。本发明专利技术铑基氧化物热电材料的化学通式为ABxRh2‑2xO4；其中x=0.1~0.5，A为元素Cu、Li、Bi、Ca、Zn、Sr、Na或La，B为元素Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Mg。该铑基氧化物热电材料粉体混合、预烧结、放电等离子体烧结等步骤制备而成。本发明专利技术所述的铑基氧化物热电材料具有耐高温、耐腐蚀、耐氧化性高等特点，可应用在废热发电、空调系统、冷热两用箱、干洗机、医疗保健、生物工程、通讯、航空航天领域等领域。

A rhodium based oxide thermoelectric material and its preparation method

The present invention relates to a rhodium based oxide thermoelectric material and a preparation method, which belongs to the new energy material and the technical field of preparation. The chemical formula of the rhodium based oxide thermoelectric materials for ABxRh2 2xO4; x=0.1~0.5, A, Bi, Li elements Cu, Ca, Zn, Sr, Na or La, B, Ni, Co elements Fe, Mn, Cr, Mg. The rhodium based oxide thermoelectric materials are prepared by mixing, presintering, and discharge plasma sintering. The rhodium based oxide thermoelectric material has the characteristics of high temperature resistance, corrosion resistance and high oxidation resistance, and can be applied to the fields of waste heat power generation, air conditioning, cold and hot dual purpose box, dry cleaning machine, medical care, bioengineering, communication, aerospace and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种铑基氧化物热电材料及其制备方法
本专利技术涉及一种铑基氧化物热电材料及其制备方法，属于新能源材料及其制备

技术介绍
近年来，人口飞速增长及工业迅猛发展，化石燃料过度开采，能源和环境问题越发凸显，能源危机和环境危机已引起各国关注。然而，全球每年消耗的能源中约有70％以废热的形式被浪费掉，如果能将这些废热进行有效的回收利用，将极大的缓解能源短缺的问题。热电材料能直接将热能转换成电能，具有无传动部件、体积小、无噪音、无污染及可靠性好等优点，在汽车废热回收利用，工业余热发电方面有着巨大的应用前景。热电材料的转换效率由无量纲热电优值ZT(ZT＝s2σT/κ，其中s为Seebeck系数、σ为电导率、κ为导热系数、T为绝对温度，s2σ称为功率因子)决定。ZT越大，材料的热电转换效率越高。由上述方程式所显见；为了改善热电转换材料的性能，需要提高塞贝克系数s和电导率或需要降低导热系数κ。MartinezH等通过固相反应法，用Mg对CuRhO2的Rh位掺杂，得到一种在1000K温度下ZT为0.15的热电结构的CuMgxRh1-xO2热电材料，在x=0.05附近，室温下显示出金属-绝缘体的转变，x=0.2时，样品显示低电阻率(4mΩ•cm)，高赛贝克系数(130μV/K)，功率因子为4225μW/cm.K2，是一种很好的热电材料。目前对铑基氧化物热电材料研究较少，尚未有简单易行的制备铑基氧化物热电材料的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种铑基氧化物热电材料，其化学通式为ABxRh2-2xO4；其中x=0.1~0.5，A为元素Cu、Li、Bi、Ca、Zn、Sr、Na或La，B为元素Fe、Co、Ni、Mn、Cr、或Mg。进一步地，A金属元素与铑金属元素的摩尔比为1:（0.5~1），铑金属元素与B金属元素的摩尔比为1:（0.05~0.5）。本专利技术的另一目的是提供该铑基氧化物热电材料的制备方法，具体步骤如下：（1）将氧化铑、A金属的氧化物和B金属的氧化物混合均匀、过筛得到混合粉体A；（2）将步骤（1）所得混合粉体A进行预烧结、磨碎、过筛得到混合粉体B；（3）在真空条件下，将步骤（2）所得混合粉体B进行放电等离子体烧结即得铑基氧化物热电材料；所述过筛的筛网为200~300目筛网；所述步骤（1）中A金属的氧化物与铑金属的氧化物摩尔比为1:（0.5~1），A金属的氧化物为CuO、Cu2O、Li2O、Bi2O3、CaO、ZnO、SrO、Na2O或La2O3；铑金属的氧化物与B金属的氧化物的摩尔比为1:（0.1~1），B金属的氧化物为Fe2O3、Co2O3、Ni2O3、MnO2、Cr2O3、或MgO；所述步骤（2）中预烧结的温度为800~1000℃，时间为24~48h；进一步地，所述步骤（2）中磨碎为球磨，磨球直径为10~20mm，球磨介质为无水乙醇，球磨球、原料和无水乙醇的质量比为6~8:1:1.5~2；球磨机转速为300~500r/min，球磨时间为6~12h；所述步骤（3）中放电等离子体烧结温度为700~1100℃，时间为10~30min，压力为15-30kN；进一步地，所述步骤（3）中真空条件的真空度为5x10-3~1x10-2Pa。本专利技术的有益效果是：（1）本专利技术所述铑基氧化物热电材料具有耐高温、耐腐蚀、耐氧化性高等特点；（2）本专利技术方法可制备出质量好的铑基氧化物热电材料；（3）本专利技术方法具有工艺流程简单、效率高、生产成本低、对环境无污染的特点。附图说明图1为铜铑基氧化物热电材料的结构示意图；图2为实施例1铑基氧化物热电材料CuMg0.1Rh1.8O4的XRD图；图3为实施例1~5的铑基氧化物热电材料的ZT值。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：一种铑基氧化物热电材料CuMg0.1Rh1.8O4的制备方法，具体步骤如下：（1）称取0.8g氧化铜（CuO）、0.04g氧化镁（MgO）、2.54g氧化铑（Rh2O3），即A金属的氧化物（氧化铜）与氧化铑的摩尔比为1:1，氧化铑与B金属的氧化物（氧化镁）的摩尔比为1:0.1；然后将粉体置于玛瑙球磨罐中，按照球磨球、原料和无水乙醇的质量比为6:1:1.5的比例，加入玛瑙磨球和无水乙醇，在转速300r/min磨球机上进行球磨12h将其粉体混合均匀，过200目筛网得到混合粉体A；（2）将步骤（1）所得混合粉体A置于箱式电阻炉中，设定升温速率为5℃/min，加热至温度为940℃，并进行恒温预烧结36h，随炉冷却至室温，将预烧结产物置于玛瑙球磨罐中，按照球磨球、原料和无水乙醇的质量比为6:1:1.5的比例，加入玛瑙球磨球和无水乙醇，在磨球机上，转速300r/min进行球磨6h将其粉体混合均匀，在过200目筛网得到混合粉体B；（3）将步骤（2）所得混合粉体B置于石墨模具中，然后再置于放电等离子(SPS)烧结炉中，抽真空至真空度为5x10-3pa，设定升温速率为60℃/min，加热至温度为720℃，压力为15kN，恒温烧结10min，随炉冷却至室温即得铑基氧化物热电材料CuMg0.1Rh1.8O4；本实施例铜铑基氧化物热电材料的结构示意图如图1所示，从图1可知，铜铑基氧化物热电材料由Cu2+和RhO单元沿c轴交替叠加组成，具有热电材料层状分布的结构特点；本实施例铑基氧化物热电材料CuMg0.1Rh1.8O4的XRD图如图2所示，从图2可知，Mg的掺杂量摩尔比为0.1时，与标准CuRh2O4的标准PDF卡片衍射峰位置相吻合，并无明显杂相峰，说明通过SPS烧结工艺，掺杂效果较好，已完成单一物相的制备；本实施例铑基氧化物热电材料CuMg0.1Rh1.8O4的ZT值如图3所示，从图3可知，CuMg0.1Rh1.8O4的ZT值随着温度的上升而增大，在温度900℃时可达到0.31。实施例2：一种铑基氧化物热电材料CaMn0.2Rh1.6O4的制备方法，具体步骤如下：（1）称取0.56g氧化钙（CaO）、0.087g二氧化锰（MnO2）、2.413g氧化铑（Rh2O3），即A金属的氧化物（氧化钙）与氧化铑的摩尔比为1:0.8，B金属的氧化物（二氧化锰）与氧化铑的摩尔比为1:0.125；然后将粉体置于玛瑙球磨罐中，按照球磨球、原料和无水乙醇的质量比为6:1:1.5的比例，加入玛瑙球磨球和无水乙醇，在转速400r/min磨球机上进行球磨12h将其粉体混合均匀，过200目筛网得到混合粉体A；（2）将步骤（1）所得混合粉体A置于箱式电阻炉中，设定升温速率为5℃/min，加热至温度为930℃，并进行恒温预烧结48h，随炉冷却至室温，将预烧结产物置于玛瑙球磨罐中，按照球磨球、原料和无水乙醇的质量比为6:1:1.5的比例，加入玛瑙球磨球和无水乙醇，在磨球机上，转速300r/min进行球磨12h将其粉体混合均匀，过200目筛网得到混合粉体B；（3）将步骤（2）所得混合粉体B置于石墨模具中，然后再置于放电等离子(SPS)烧结炉中，抽真空至真空度为6x10-3pa，设定升温速率为50℃/min，加热至温度为850℃，压力为20kN，恒温烧结30min，随炉冷却至室温即得铑基氧化物热电材料CaMn0.2Rh1.6O4；本实施例铑基氧化物热电材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铑基氧化物热电材料，其特征在于，其化学通式为ABxRh2‑2xO4；其中x=0.1~0.5，A为元素Cu、Li、Bi、Ca、Zn、Sr、Na或La，B为元素Fe、Co、Ni、Mn、Cr、或Mg。

【技术特征摘要】
1.一种铑基氧化物热电材料，其特征在于，其化学通式为ABxRh2-2xO4；其中x=0.1~0.5，A为元素Cu、Li、Bi、Ca、Zn、Sr、Na或La，B为元素Fe、Co、Ni、Mn、Cr、或Mg。2.根据权利要求1所述的铑基氧化物热电材料，其特征在于：A金属元素与铑金属元素的摩尔比为1:（0.5~1），铑金属元素与B金属元素的摩尔比为1:（0.05~0.5）。3.如权利要求1所述的铑基氧化物热电材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将氧化铑、A金属的氧化物和B金属的氧化物混合均匀、过筛得到混合粉体A；（2）将步骤（1）所得混合粉体A进行预烧结、磨碎、过筛得到混合粉体B；（3）在真空条件下，将步骤（2）所得混合粉体B进行放电等离子体烧结即得铑基氧化物热电材料。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：于杰，战祥浩，张昆华，周晓龙，戴炳蔚，胡明钰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53