大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成方法技术

一种大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成方法。以单质碲和铅为原料，先制备碲化铅多晶正、负极热伏材料，再合成大尺寸碲化铅热伏材料。制备多晶正、负极热伏材料时，铅和碲化学计量比分别为0.99：1和1:0.998。合成碲化铅单晶时，将多晶正、负极热伏材料分别装入大尺寸石英生长安瓿内，抽真空封结后放入生长炉内。先将生长安瓿的最下端放置于炉30‑50cm处，静止30‑50小时后，以0.3‑0.5mm/小时的速度缓慢下降，待石英安瓿最下端到达60‑80cm处，停止下降，降温取出生长安瓿，生长安瓿随炉内位置的变化经历了高温区、梯度区和低温区，温度范围为830‑1020℃。本发明专利技术填补了现有技术中碲化铅单晶热伏材料不能大尺寸、规模化生产的空白。产品性能稳定可靠，热电优值ZT值高达1以上。

Synthesis of large size lead telluride single crystal thermo material

A method for synthesizing large sized lead telluride single crystal hot material. Lead telluride polycrystalline positive and negative electrode materials were prepared by using tellurium and lead as raw materials, and then large sized lead telluride thermal materials were synthesized. The stoichiometric ratios of lead and tellurium are 0.99:1 and 1:0.998 respectively when preparing polycrystalline positive and negative electrode hot materials. In the synthesis of lead telluride single crystal, the polycrystalline positive and negative heat resistant materials are respectively packed into large size quartz ampoules, and then vacuum sealed and put into a growth furnace. First, the bottom of the growth ampoule was placed at the bottom of the furnace 30 50cm. After 50 hours of static 30, the lowest end of the ampoule was lowered at the speed of 0.3 hours. The lowest end of the quartz ampoule reached 60 80cm, and the ampoule was stopped and the ampoule was born. The growth ampoule changed with the temperature area, the gradient zone and the low temperature zone with the change of the furnace position. The degree range is 830 degrees Celsius 1020. The invention fills the blank of the existing technology that the crystal material of lead telluride can not be produced in large size and in large scale. The performance of the product is stable and reliable, and the ZT value of thermoelectric value is as high as 1.

【技术实现步骤摘要】
大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成方法
本专利技术属化合物合成范畴，涉及一种碲化铅热电单晶合成，具体是一种大尺寸碲化铅热伏材料合成方法。
技术介绍
碲化铅作为一种新兴的化合物半导体材料,以优良的特性而被应用于许多高科技领域，如热电领域。然而现有的碲化铅一般为多晶材料，尚无可以大规模应用的碲化铅单晶热伏材料，不能满足日益发展的科学技术对热伏材料的质量需求。近年来，虽然碲化铅单晶热伏材料研究已有所报道，但单晶热伏材料还主要集中在纳米棒、纳米晶、纳米线、薄膜等小尺寸材料的生长工艺及光电性能研究阶段，所涉及的单晶热伏材料尺寸仅为微米、纳米级别，也无单晶热伏性能参数的报道。以下四篇参考文献中，虽然都是单晶碲化铅，但都是小尺寸材料：[1]A.Purkayastha,Q.Yan,D.D.Gandhi,H.Li,G.Pattanaik,T.Tasciuc,N.Ravishankar,G.Ramanath,Chem.Mater.20,4791-4793(2008).[2]T.Mokari,M.Zhang,P.Yang,J.Am.Chem.Soc.129,9864-9865(2007).[3]G.A.Tai,B.Zhou,W.Guo,J.Phys.Chem.C112,11314-11318(2008).[4]G.G.Sumner,L.L.Reynolds,J.Vac.Sci.Tech.6,493-497(1969).其中文献[1]属于纳米小尺寸材料，用于纳米棒；文献[2]属于纳米小尺寸材料，用于纳米晶；文献[3]属于纳米小尺寸材料，用于纳米线；文献[4]属于薄膜小尺寸材料，用于薄膜。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中没有可以规模化应用的碲化铅单晶热伏材料的现状，提供一种大尺寸的碲化铅单晶热伏材料合成方法。这种方法合成的碲化铅因为是大尺寸，口径可达50mm、长度可达100mm以上，完全可以规模化生产。满足热电工程应用的需求。本专利技术的目的是这样达到的：大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成方法，以单质碲和铅为原料，其特征在于：先制作碲化铅多晶正极热伏材料、碲化铅多晶负极热伏材料，再将得到的多晶产品制作成碲化铅单晶正极热伏材料和碲化铅单晶负极热伏材料，完成大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成。步骤是：1)按照化学计量比0.99：1称取化学元素铅和碲单质，将两者混合均匀后放入合成石英安瓿中，然后抽真空并封结石英安瓿，将封结完成的合成石英安瓿放入管式炉中，采用高温固相反应法制备碲化铅多晶正极热伏材料；高温固相反应工艺包括第一升温段、第一恒温段、第二升温段、第二恒温段和降温段五个时段，第一升温段从室温开始升温，4-8小时后升温至450-550℃，到温后保温20-30小时，然后用20-30小时升温至900-1000℃，到温后保温20-30小时后，以130-180℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶正极热伏材料；2)按照化学计量比1:0.998称取化学元素铅和碲单质，将两者混合均匀后放入合成石英安瓿中，然后抽真空并封结石英安瓿，将封结完成的合成石英安瓿放入管式炉中，采用高温固相反应法制备碲化铅多晶负极热伏材料；高温固相反应工艺包括第一升温段、第一恒温段、第二升温段、第二恒温段和降温段五个时段，第一升温段从室温开始升温，4-8小时后升温至450-550℃，到温后保温20-30小时，然后用20-30小时升温至900-1000℃，到温后保温20-30小时后，以130-180℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶负极热伏材料；3)将步骤1制备的多晶正极热伏源材料装入石英生长安瓿内，所述石英生长安瓿的内径为20-50mm，长度为300-450mm，抽真空并封结石英安瓿，然后将生长石英安瓿放入生长炉内，采用垂直布里奇曼法生长大尺寸碲化铅单晶正极材料,生长安瓿随炉内位置的变化经历了高温区、梯度区和低温区；操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内30-50cm处，静止30-50小时后，以0.3-0.5mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达60-80cm处，停止下降，降温取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料；4)将步骤2制备的多晶负极热伏源材料装入石英生长安瓿内，所述石英生长安瓿的内径为20-50mm，长度为300-450mm；抽真空并封结石英安瓿，然后将生长石英安瓿放入生长炉内，采用垂直布里奇曼法生长大尺寸碲化铅单晶负极热伏材料，生长安瓿随炉内位置的变化经历了高温区、梯度区和低温区：操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内30-50cm处，静止30-50小时后，以0.3-0.5mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达60-80cm处，停止下降，降温取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶负极热伏材料。所述在步骤1中，高温固相反应从室温开始升温，8小时后升温至500℃，到温后保温24小时，然后用24小时升温至1000℃，到温后保温24小时后，以165℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶正极热伏材料。所述在步骤1中，高温固相反应从室温开始升温，5小时后升温至480℃，到温后保温20小时，然后用30小时升温至950℃，到温后保温30小时后，以150℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶正极热伏材料。所述在步骤2中，高温固相反应从室温开始升温，8小时后升温至500℃，到温后保温24小时，然后用24小时升温至1000℃，到温后保温24小时后，以165℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶负极热伏材料。所述在步骤2中，高温固相反应从室温开始升温，5小时后升温至480℃，到温后保温20小时，然后用30小时升温至950℃，到温后保温30小时后，以150℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶负极热伏材料。所述在步骤3中，操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内45cm处，静止50小时后，以0.5mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达75cm处，停止下降，在低温区830℃附近保温30小时，再降温冷却至室温，取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料；升温后高温区在1010℃左右，梯度区从1010℃下降到830℃附近，低温区在830℃附近。所述在步骤3中，操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内40cm处，静止48小时后，以0.4mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达75cm处，停止下降，在低温区870℃附近保温25小时，再降温冷却至室温，取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料；升温后高温区在1020℃左右，梯度区从1020℃下降到870℃左右，低温区在870℃附近。所述在步骤4中，操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内45cm处，静止50小时后，以0.5mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达75cm处，停止下降，在低温区830℃附近保温30小时，再降温冷却至室温，取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶负极热伏材料，升温后高温区在1010℃左右，梯度区从1010℃下降到830℃左右，低温区在830℃附近。所述在步骤4中，操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内40cm处，静止48小时后，以0.4mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达75cm处，停止下降，在低温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成方法，以单质碲和铅为原料，其特征在于：先制作碲化铅多晶正极热伏材料、碲化铅多晶负极热伏材料，再将得到的多晶产品制作碲化铅单晶正极热伏材料和碲化铅单晶负极热伏材料，完成大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成，步骤是：1)按照化学计量比0.99：1称取化学元素铅和碲单质，将两者混合均匀后放入合成石英安瓿中，然后抽真空并封结石英安瓿，将封结完成的合成石英安瓿放入管式炉中，采用高温固相反应法制备碲化铅多晶正极热伏材料；高温固相反应工艺包括第一升温段、第一恒温段、第二升温段、第二恒温段和降温段五个时段，第一升温段从室温开始升温，4‑8小时后升温至450‑550℃，到温后保温20‑30小时，然后用20‑30小时升温至900‑1000℃，到温后保温20‑30小时后，以130‑180℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶正极热伏材料；2)按照化学计量比1:0.998称取化学元素铅和碲单质，将两者混合均匀后放入合成石英安瓿中，然后抽真空并封结石英安瓿，将封结完成的合成石英安瓿放入管式炉中，采用高温固相反应法制备碲化铅多晶负极热伏材料；高温固相反应工艺包括第一升温段、第一恒温段、第二升温段、第二恒温段和降温段五个时段，第一升温段从室温开始升温，4‑8小时后升温至450‑550℃，到温后保温20‑30小时，然后用20‑30小时升温至900‑1000℃，到温后保温20‑30小时后，以130‑180℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶负极热伏材料；3)将步骤1制备的多晶正极热伏源材料装入大尺寸石英生长安瓿内，所述石英生长安瓿的内径为20‑50mm，长度为300‑450mm，抽真空并封结石英安瓿，然后将生长石英安瓿放入生长炉内，采用垂直布里奇曼法生长大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料，生长安瓿随炉内位置的变化经历了高温区、梯度区和低温区，温度范围在830‑1020℃；操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内30‑50cm处，静止30‑50小时后，以0.3‑0.5mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达60‑80cm处，停止下降，降温取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料；4)将步骤2制备的多晶负极热伏源材料装入大尺寸石英生长安瓿内，所述石英生长安瓿的内径为20‑50mm，长度为300‑450mm；抽真空并封结石英安瓿，然后将生长石英安瓿放入生长炉内，采用垂直布里奇曼法生长大尺寸碲化铅单晶负极热伏材料，生长安瓿随炉内位置的变化经历了高温区、梯度区和低温区，温度范围在830‑1020℃；操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内30‑50cm处，静止30‑50小时后，以0.3‑0.5mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达60‑80cm处，停止下降，降温取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶负极热伏材料。...

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成方法，以单质碲和铅为原料，其特征在于：先制作碲化铅多晶正极热伏材料、碲化铅多晶负极热伏材料，再将得到的多晶产品制作碲化铅单晶正极热伏材料和碲化铅单晶负极热伏材料，完成大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成，步骤是：1)按照化学计量比0.99：1称取化学元素铅和碲单质，将两者混合均匀后放入合成石英安瓿中，然后抽真空并封结石英安瓿，将封结完成的合成石英安瓿放入管式炉中，采用高温固相反应法制备碲化铅多晶正极热伏材料；高温固相反应工艺包括第一升温段、第一恒温段、第二升温段、第二恒温段和降温段五个时段，第一升温段从室温开始升温，4-8小时后升温至450-550℃，到温后保温20-30小时，然后用20-30小时升温至900-1000℃，到温后保温20-30小时后，以130-180℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶正极热伏材料；2)按照化学计量比1:0.998称取化学元素铅和碲单质，将两者混合均匀后放入合成石英安瓿中，然后抽真空并封结石英安瓿，将封结完成的合成石英安瓿放入管式炉中，采用高温固相反应法制备碲化铅多晶负极热伏材料；高温固相反应工艺包括第一升温段、第一恒温段、第二升温段、第二恒温段和降温段五个时段，第一升温段从室温开始升温，4-8小时后升温至450-550℃，到温后保温20-30小时，然后用20-30小时升温至900-1000℃，到温后保温20-30小时后，以130-180℃/小时的速率冷却至室温，获得碲化铅多晶负极热伏材料；3)将步骤1制备的多晶正极热伏源材料装入大尺寸石英生长安瓿内，所述石英生长安瓿的内径为20-50mm，长度为300-450mm，抽真空并封结石英安瓿，然后将生长石英安瓿放入生长炉内，采用垂直布里奇曼法生长大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料，生长安瓿随炉内位置的变化经历了高温区、梯度区和低温区，温度范围在830-1020℃；操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内30-50cm处，静止30-50小时后，以0.3-0.5mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达60-80cm处，停止下降，降温取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶正极热伏材料；4)将步骤2制备的多晶负极热伏源材料装入大尺寸石英生长安瓿内，所述石英生长安瓿的内径为20-50mm，长度为300-450mm；抽真空并封结石英安瓿，然后将生长石英安瓿放入生长炉内，采用垂直布里奇曼法生长大尺寸碲化铅单晶负极热伏材料，生长安瓿随炉内位置的变化经历了高温区、梯度区和低温区，温度范围在830-1020℃；操作时，首先将生长安瓿的最下端放置于炉内30-50cm处，静止30-50小时后，以0.3-0.5mm/小时的速度缓慢下降生长安瓿，待石英安瓿最下端到达60-80cm处，停止下降，降温取出生长安瓿，获得大尺寸碲化铅单晶负极热伏材料。2.如权利要求1所述的大尺寸碲化铅单晶热伏材料合成方法，其特征在于：所述在步骤1中，高温固相反应从室温开始升温，8小时后升温至500℃，到温后保温24小时，然后用24小时升温至1000℃，到温后保温24小时后...

【专利技术属性】
技术研发人员：昂然，唐明静，尹聪，刘航天，康彬，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51