热电合金及其制作方法与热电合金复合物技术

本发明专利技术有关于一种热电合金及其制作方法与热电合金复合物。此热电合金的制作方法是先提供起始材料，并对起始材料进行氧化制程，以获得氧化材料组成物。然后，将氧化材料组成物与渗碳剂加入石英管中，并进行封管制程。接着，对封闭的石英管进行渗碳制程，即可制得具有良好热电优值的热电合金。

Thermoelectric alloy and its manufacturing method and thermoelectric alloy complex

【技术实现步骤摘要】
热电合金及其制作方法与热电合金复合物
本专利技术是有关一种热电合金，特别是提供一种具有高热电优值的热电合金及其制作方法。
技术介绍
热电材料可有效地直接转换热能与电能。依据其转换机制的差异，热电材料的热电现象可为塞贝克效应(Seebeckeffect)、帕尔帖效应(Peltiereffect)或汤姆森效应(Thomsoneffect)。其中，当热电材料的材料两端具有温度差或电压差时，材料两端会相应产生电压差，或者形成一端吸热一端放热的现象。据此，通过前述的热电现象，热电材料一般可应用于废热回收发电(wasteheatrecovery)或热电致冷(thermoelectriccooler)。其次，热电材料的热电现象是取决于材料的热电优值(thermoelectricfigure-of-merit)，且热电优值是以下式(I)来表示。其中，zT代表热电优值；S代表Seekbeck系数；ρ代表电阻率；S2/ρ代表材料的功率因子(powerfactor)；κ代表热传导系数；且T为绝对温度(K)。当热电优值越高时，热电材料的热电转换效率越好。然而，目前商业化的热电材料的热电优值约为1.0，故一般的热电材料仍无法取代用来散热的压缩机(热电优值约为3.5)，而局限其应用范围。有鉴于此，亟须提供一种热电合金及其制作方法，以改进习知热电合金的缺陷。
技术实现思路
因此，本专利技术的一态样是在提供一种热电合金的制作方法，其通过渗碳制程所施加的高温，使渗碳剂分解产生活性碳原子，且活性碳原子可渗入熔融的热电合金材料中，而可提升所制得热电合金的热电性质。本专利技术的另一态样是在提供一种热电合金，其是通过前述的方法所制得。本专利技术的又一态样是在提供一种热电合金复合物，其包含前述的热电合金。根据本专利技术的一态样，提出一种热电合金的制作方法。此制作方法是先提供起始材料，并进行氧化制程，以制得氧化材料组成物。其中，基于氧化材料组成物为100原子百分比，氧化材料组成物的氧含量是0.001原子百分比至10原子百分比。然后，将氧化材料组成物与渗碳剂加入石英管中，并进行封管制程，以制得封闭石英管。接着，对封闭石英管进行渗碳制程，即可制得本专利技术的热电合金。依据本专利技术的一实施例，前述的起始材料包含锗、碲、铋、锌、锑、硒、铜、铟、镓、银、钴、铁及/或铅。依据本专利技术的另一实施例，前述的渗碳剂包含固体碳源、液体碳源、气体碳源及/或电浆碳源。依据本专利技术的又一实施例，前述将氧化材料组成物与渗碳剂加入石英管中的操作包含利用渗碳剂进行镀碳制程，以于石英管的内壁形成碳膜，并加入氧化材料组成物至具有碳膜的石英管中。依据本专利技术的再一实施例，前述封闭石英管的真空度不大于0.03mbar。依据本专利技术的又另一实施例，前述的渗碳制程包含升温步骤，且升温步骤是由200℃升温至起始材料的熔点。依据本专利技术的再另一实施例，前述渗碳制程的冷却速率为2℃/小时至10℃/小时。依据本专利技术的更另一实施例，于进行前述的渗碳制程后，此制作方法更进一步对热电合金进行长晶制程。根据本专利技术的另一态样，提出一种热电合金，其是通过前述的方法所制得。其中，基于热电合金为100重量百分比，热电合金的碳含量为0.005重量百分比至0.05重量百分比。依据本专利技术的一实施例，前述的热电合金包含P型热电合金与N型热电合金。根据本专利技术的又一态样，提出一种热电合金复合物，其包含前述的热电合金。其中，基于热电合金复合物的含量为100重量百分比，热电合金的含量不小于10重量百分比。应用本专利技术的热电合金及其制作方法，其通过进行渗碳制程，使所加入的渗碳剂分解产生活性碳原子，而可促使活性碳原子渗入熔融的氧化材料组成物中，进而提升所制得热电合金的热电性质。附图说明为了对本专利技术的实施例及其优点有更完整的理解，现请参照以下的说明并配合相应的附图。必须强调的是，各种特征并非依比例描绘且仅是为了图解目的。相关附图内容说明如下：图1是绘示依照本专利技术的一实施例的热电合金的制作方法的流程图；图2A是绘示依照本专利技术的实施例1与比较例1的热电合金的热电优值对温度的折线图；图2B是绘示依照本专利技术的实施例2与比较例2的热电合金的热电优值对温度的折线图。具体实施方式以下仔细讨论本专利技术实施例的制造和使用。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的专利技术概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明，并非用以限定本专利技术的范围。一般而言，热电合金中的杂质元素的含量越少时，热电合金的电阻值越低，故其热电优值越高，而具有较佳的热电性质。据此，为降低其他杂质元素对热电性质的影响，热电合金所选用的起始材料均是选用高纯度的材料，或是通过一系列的纯化制程来处理起始材料，以去除其中的杂质元素。举例而言，当热电合金的氧原子含量越高时，热电合金的电阻值越高，故其热电性质越差。据此，起始材料的纯度要求是严苛的。再者，为避免起始材料于储放时被氧化，起始材料均须妥善保存。然而，一般热电合金的热电优值仍未有显著的进步。据此，为有效提升热电合金的热电优值，本专利技术通过先对热电合金的起始材料进行氧化，以增加起始材料的氧含量，并进一步进行渗碳制程，以通过还原氧化后的起始材料来提升碳渗入所制得的热电合金中的含量，进而降低其热传导系数且增加功率因子，因此提升本专利技术热电合金的热电性质。请参照图1，其是绘示依照本专利技术的一实施例的热电合金的制作方法的流程图。方法100是先提供起始材料，并对起始材料进行氧化制程，以制得氧化材料组成物，如步骤110与步骤120所示。依据所欲制得的热电合金的化学组成，起始材料具有相应的组成与比例。在一些实施例中，起始材料为一混合物。在这些实施例中，此混合物可包含金属材料及/或非金属材料。在一些实施例中，起始材料可包含但不限于锗、碲、铋、锌、锑、硒、铜、铟、镓、银、钴、铁、铅、其他适当的热电材料，或上述材料的任意混合。在一些实施例中，为制得具有良好性质的热电合金，起始材料中的各材料的纯度较佳不小于4N。基于步骤120所制得的氧化材料组成物为100原子百分比，氧化材料组成物的氧含量可为0.001原子百分比至10原子百分比。在一些实施例中，氧化材料组成物的氧含量较佳可为1原子百分比至6原子百分比，且更佳为2原子百分比至5原子百分比。然后，将氧化材料组成物与渗碳剂加入石英管中，并进行封管制程，以制得封闭石英管，如步骤130所示。在一些实施例中，所加入的渗碳剂并没有特别的限制，其仅须可于后续的渗碳制程作为碳源即可。在一些实施例中，渗碳剂的主要组成为碳原子，且其较佳不包含其他杂质元素，以避免所制得热电合金的组成无法满足需求。在一些实施例中，渗碳剂可包含但不限于固体碳源、液体碳源、气体碳源、电浆碳源、其他适当型态的碳源，或上述材料的任意混合。举例而言，渗碳剂可包含但不限于碳粉、石墨粉、石墨烯、钻石、碳奈米管、无定型碳、富勒烯、其他适当的材料，或上述材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热电合金的制作方法，其特征在于，该制作方法包含：/n提供一起始材料，其中该起始材料包含锗、碲、铋、锌、锑、硒、铜、铟、镓、银、钴、铁及/或铅；/n对该起始材料进行氧化制程，以制得氧化材料组成物，其中基于该氧化材料组成物为100原子百分比，该氧化材料组成物的氧含量是0.001原子百分比至10原子百分比；/n将该氧化材料组成物与一渗碳剂加入一石英管中，并进行一封管制程，以制得一封闭石英管；以及/n对该封闭石英管进行一渗碳制程，以制得该热电合金。/n

【技术特征摘要】
20181018 TW 1071368131.一种热电合金的制作方法，其特征在于，该制作方法包含：
提供一起始材料，其中该起始材料包含锗、碲、铋、锌、锑、硒、铜、铟、镓、银、钴、铁及/或铅；
对该起始材料进行氧化制程，以制得氧化材料组成物，其中基于该氧化材料组成物为100原子百分比，该氧化材料组成物的氧含量是0.001原子百分比至10原子百分比；
将该氧化材料组成物与一渗碳剂加入一石英管中，并进行一封管制程，以制得一封闭石英管；以及
对该封闭石英管进行一渗碳制程，以制得该热电合金。


2.根据权利要求1所述的热电合金的制作方法，其特征在于，该渗碳剂包含一固体碳源、一液体碳源、一气体碳源及/或一电浆碳源。


3.根据权利要求1所述的热电合金的制作方法，其特征在于，将该氧化材料组成物与该渗碳剂加入该石英管中的操作包含：
利用该渗碳剂进行一镀碳制程，以于该石英管的一内壁形成一碳膜；以及
加入该氧化材料组成物至具有该碳膜的该石英管中。


4.根据权利要求1所述的热电合金的制作方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴欣潔，颜婉婷，魏百骏，蔡挹芬，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71