一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料及其制备方法技术

一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料及其制备方法，本发明专利技术涉及一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法。本发明专利技术要解决现有p型碲化铋基热电材料力学性能差的问题。兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的化学通式为(MgB

【技术实现步骤摘要】
一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料及其制备方法
本专利技术涉及一种p型碲化铋基热电材料及其制备方法。
技术介绍
热电材料可以实现热能与电能之间的相互转换，依据塞贝克与帕尔贴效应，可分别制备成温差发电与固态制冷器件，具有无污染、无噪声、体积小、稳定性高、寿命长等优点，可广泛应用于余热回收、制冷、深空探测等领域。p型碲化铋基材料是目前唯一商业化应用的p-型热电材料，通过载流子调控和纳米化等手段，获得了高的低温热电性能。但是，碲化铋基材料晶体结构为六面体层状结构，层与层之间Te1-Te1的弱范德华键极易导致材料发生解理断裂，致使其力学性能差。传统商用铸锭，压缩强度低于50MPa，增加了材料的加工难度，使得生产过程中成品率低，浪费严重。因此，获得兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基材料意义重大。
技术实现思路
本专利技术要解决现有p型碲化铋基热电材料力学性能差的问题，而提供一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料及其制备方法。一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的化学通式为(MgB2)xBi0.4Sb1.6-xTe3，0.005≤x≤0.015。一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的制备方法，它是按照以下步骤进行的：一、称取：按照化学通式为(MgB2)xBi0.4Sb1.6-xTe3的化学计量比称取MgB2粉、Bi粉、Sb粉和Te粉，然后混合均匀，得到混合物；0.005≤x≤0.015；二、制备铸锭：将混合物置于涂碳石英管内，抽真空后封管，将封好的涂碳石英管置于高温马弗炉中，以升温速度为180℃/h～220℃/h，将马弗炉升温至750℃～850℃，并在温度为750℃～850℃的条件下，保温8h～10h，然后随炉冷却至室温，得到铸锭；三、研磨并烧结：将铸锭置于不锈钢球磨罐中，球磨2h～4h，得到细粉，将细粉置于石墨模具中，利用放电等离子烧结炉，在温度为380℃～420℃及压力为70MPa～90MPa的条件下，烧结3min～5min，即完成兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的制备方法；所述的细粉粒径为50纳米～100纳米。本专利技术的有益效果是：本专利技术公开了一种兼具高热电和力学性能的Bi0.4Sb1.6Te3基热电材料及其制备方法。采用极少量的MgB2掺杂，一方面，少量的Mg取代Bi0.4Sb1.6Te3中Bi或者Sb的位置，增加载流子浓度，延缓本征激发的出现，拓展材料的工作温度区间；另一方面，B的加入起到强化的作用，使得材料的压缩强度大幅度提高。MgB2掺杂在Bi0.4Sb1.6Te3中实现了受主掺杂优化载流子浓度和固溶强化的协同作用，同时获得了高的热电和力学性能。在冷端温度为305K、热端温度为575K及腿长为2mm的条件下，能量转换效率和输出功率密度分别达到了9.8％和2.43Wcm-2，接近目前最高水平。同时，室温压缩强度从166MPa提高到了239MPa，改善了材料的力学性能，进一步提高了Bi0.4Sb1.6Te3材料商用前景。本专利技术用于一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料及其制备方法。附图说明图1为电导率对比图，1为对比实验一制备的Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，2为实施例一制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，3为实施例二制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料；图2为塞贝克系数对比图，1为对比实验一制备的Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，2为实施例一制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，3为实施例二制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料；图3为功率因子对比图，1为对比实验一制备的Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，2为实施例一制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，3为实施例二制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料；图4为热导率对比图，1为对比实验一制备的Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，2为实施例一制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，3为实施例二制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料；图5为热电优值对比图，1为对比实验一制备的Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，2为实施例一制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，3为实施例二制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料；图6为在冷端温度为305K、热端温度为575K及腿长为2mm的条件下，输出功率密度对比图，1为对比实验一制备的Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，2为实施例一制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，3为实施例二制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料；图7为在冷端温度为305K、热端温度为575K及腿长为2mm的条件下，转换效率对比图，1为对比实验一制备的Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，2为实施例一制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，3为实施例二制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料；图8为压缩强度对比图，a为对比实验一制备的Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，b为实施例一制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料，c为实施例二制备的MgB2掺杂Bi0.4Sb1.6Te3热电材料。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的化学通式为(MgB2)xBi0.4Sb1.6-xTe3，0.005≤x≤0.015。本实施方式的有益效果是：本实施方式公开了一种兼具高热电和力学性能的Bi0.4Sb1.6Te3基热电材料及其制备方法。采用极少量的MgB2掺杂，一方面，少量的Mg取代Bi0.4Sb1.6Te3中Bi或者Sb的位置，增加载流子浓度，延缓本征激发的出现，拓展材料的工作温度区间；另一方面，B的加入起到强化的作用，使得材料的压缩强度大幅度提高。MgB2掺杂在Bi0.4Sb1.6Te3中实现了受主掺杂优化载流子浓度和固溶强化的协同作用，同时获得了高的热电和力学性能。在冷端温度为305K、热端温度为575K及腿长为2mm的条件下，能量转换效率和输出功率密度分别达到了9.8％和2.43Wcm-2，接近目前最高水平。同时，室温压缩强度从166MPa提高到了239MPa，改善了材料的力学性能，进一步提高了Bi0.4Sb1.6Te3材料商用前景。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的化学通式为(MgB2)xBi0.4Sb1.6-xTe3，0.005≤x≤0.01。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的兼具高热电和力学性能的p型碲化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料，其特征在于兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的化学通式为(MgB

【技术特征摘要】
1.一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料，其特征在于兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的化学通式为(MgB2)xBi0.4Sb1.6-xTe3，0.005≤x≤0.015。


2.根据权利要求1所述的一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料，其特征在于所述的兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的化学通式为(MgB2)xBi0.4Sb1.6-xTe3，0.005≤x≤0.01。


3.根据权利要求1所述的一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料，其特征在于所述的兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的化学通式为(MgB2)xBi0.4Sb1.6-xTe3，x＝0.01。


4.如权利要求1所述的一种兼具高热电和力学性能的p型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：
一、称取：
按照化学通式为(MgB2)xBi0.4Sb1.6-xTe3的化学计量比称取MgB2粉、Bi粉、Sb粉和Te粉，然后混合均匀，得到混合物；0.005≤x≤0.015；
二、制备铸锭：
将混合物置于涂碳石英管内，抽真空后封管，将封好的涂碳石英管置于高温马弗炉中，以升温速度为180℃/h～220℃/h，将马弗炉升温至750℃～850℃，并在温度为750℃～850℃的条件下，保温8h～10h，然后随炉冷却至室温，得到铸锭；
三、研磨并烧结：
将铸锭置于不锈钢球磨罐中，球磨2h～4h，得到细粉，...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋解和，秦海旭，王伟，蔡伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23