一种n型碲化铋基合金及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种n型碲化铋基合金及制备方法，属于热电复合材料制备技术领域。制备方法包括以下步骤：将Bi粉末、Te粉末和Se粉末混合均匀，在保护气氛下球磨，之后进行放电等离子烧结及放电等离子压制，即可得到所述n型碲化铋基合金，将样品的最佳组分设置为Bi2Te

【技术实现步骤摘要】
一种n型碲化铋基合金及制备方法


[0001]本专利技术涉及一种n型碲化铋基合金及制备方法，属于热电复合材料制备


技术介绍

[0002]近年来，可将废热转化为电能并能在固态应用中制冷的热电材料引起了全世界的关注，各种各样的热电材料已经被开发和深入研究，但工业应用仍以碲化铋(Bi2Te3)基合金为主，热电材料的热电转换效率取决于其无量纲优值ZT，定义ZT＝α2σT/κ，其中α、σ、κ和T分别是塞贝克系数、电导率、热导率和绝对温度，因为Bi2Te3具有沿c轴顺序为Te(1)
‑
Bi
‑
Te(2)
‑
Bi
‑
Te(1)五重原子系的层状结构，具有各向异性，它们沿a轴(c面)的电导率和热导率分别比沿c轴的Bi2Te3高4倍和2倍，Seebeck系数对晶体结构的依赖性较小，c面的ZT值大约是垂直于c面的ZT值的2倍，因此，当利用各向异性的电、热输运性能时，可以预期提高ZT值，然而，由于在织构过程中机械引起的许多复杂的化学缺陷反应，织构对电输运性能的改善并没有预期的那么大，因此，如何将纳米结构结合到织构组织中来制备一种更好的电运输性能对导电材料是十分必要的。
[0003]由于Bi2Te3是一种很好的热电化合物，目前人们均是在其基础上进行改进，可以通过相应的元素取代调整为p型或n型，p型(BiSb)2Te3基合金铸锭是采用区熔工艺制造的，通过促进纳米结构和组织细化的粉末工艺来实现性能的提升，粉末加工的热电材料具有更好的机械性能，这更有利于器件制造，特别是放电等离子体烧结(SPS)与机械合金化(MA)相结合，已越来越多地用作合成热电材料的简便粉末工艺。然而，对于MA和SPS制备的Bi2Te3基合金的ZT提升，由于大量的点缺陷和强烈的类施主效应，它不再与铸锭相同，需要重新定义最佳成分，并且目前研究大多是以p型(BiSb)2Te3为主，n型Bi2(TeSe)3的性能提升研究进展相对较少，所以开发一种在低温范围内热电性能提升的织构n型Bi2(TeSe)3基材料具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种n型碲化铋基合金及制备方法，通过将织构与原位纳米结构效应相结合，诱导纳米结构抑制热导率增加，从而提升材料的热电性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]本专利技术提供了一种n型Bi2(TeSe)3(碲化铋)基合金的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将Bi粉末、Te粉末和Se粉末混合均匀，在保护气氛下球磨，之后进行放电等离子烧结及放电等离子压制，即可得到所述n型Bi2(TeSe)3(碲化铋)基合金。
[0008]进一步地，所述Bi粉末、Te粉末和Se粉末中Bi原子、Te原子和Se原子的摩尔比为2:2.2:0.8。
[0009]进一步地，所述Bi粉末、Te粉末和Se粉末的纯度均为99.999％。
[0010]进一步地，所述保护气氛为95vol.％的Ar和5vol.％的H2。
[0011]进一步地，所述球磨的转速为450rpm，时间为3h。
[0012]进一步地，所述放电等离子烧结的温度为673K，轴向压力为50MPa，烧结时间为5min。
[0013]进一步地，所述放电等离子压制的温度为733K～773K，轴向压力为50MPa，时间为10min。
[0014]进一步地，还包括在放电等离子压制后再次进行放电等离子烧结的步骤。
[0015]本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的n型Bi2(TeSe)3(碲化铋)基合金。
[0016]本专利技术公开了以下技术效果：
[0017]本专利技术通过将织构与原位纳米结构效应相结合，采用重复SPS烧结工艺作为热锻制造了具有提升热电性能的织构n型Bi2(TeSe)3(碲化铋)。放电等离子体织构作为层状组织的优势，提高了材料的电输运性能和功率因子，它还导致沿a轴的热导率同时升高，通过高度扭曲区域和纳米缺陷团簇，以及在优化温度下进行织构化时形成的位错环等，诱导纳米结构来抑制热导率增加。本专利技术的织构n型Bi2(TeSe)3(碲化铋)基合金材料在低温范围内热电性能有了明显的提升，其最大无量纲优值(ZT
max
)在473K下超过1.1。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为TP 500样品的TEM图，其中，a和b为高度扭曲的区域，c和d为纳米级缺陷簇，e和f为错位环，g和h为孪晶结构；
[0020]图2为TP 400、TP 460、TP 500和no TP样品的XRD谱图和极图，其中，a为TP 400、TP 460、TP 500和no TP样品的XRD谱图，b为no TP和TP
‑
460样品的(006)和(0015)极图；
[0021]图3为TP 400、TP 460、TP 500和no TP样品的SEM图，其中a、b、c、d分别为TP 400、TP 460、TP 500和no TP样品的SEM图；
[0022]图4为TP 400、TP 460、TP 500样品的TEM和HRTEM图，其中a、b、c分别为TP 400、TP 460、TP 500样品的TEM图像，d为TP 500样品中纳米缺陷的HRTEM图像；
[0023]图5为TP 400、TP 460、TP 480、TP 500和no TP样品在323K到573K温度下的电导率；
[0024]图6为TP 460
‑
3在323K到573K温度下的电导率；
[0025]图7为TP 400、TP 460、TP 480、TP 500和no TP样品在不同温度下的总热导率；
[0026]图8为TP 400、TP 460、TP 480、TP 500、TP 460
‑
3和no TP样品在不同温度下的ZT值；
[0027]图9为TP 460
‑
3、no TP样品的ZT
max
和(μ
H
/κ
L
)(m
*
/m0)
3/2
与通过区熔法(Commercial ZM)、布里奇曼法(Bridgman)、Top down texture和ZM
‑
HD3工艺制备的样品的比较图。
具体实施方式
[0028]现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限
制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
[0029]应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种n型碲化铋基合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将Bi粉末、Te粉末和Se粉末混合均匀，在保护气氛下球磨，之后进行放电等离子烧结及放电等离子压制，即可得到所述n型碲化铋基合金。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Bi粉末、Te粉末和Se粉末中Bi原子、Te原子和Se原子的摩尔比为2:2.2:0.8。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Bi粉末、Te粉末和Se粉末的纯度均为99.999％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护气氛为95vol.％的Ar和5vol.％的H...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峰铭，李敬锋，蔡博文，
申请(专利权)人：广西自贸区见炬科技有限公司，
类型：发明
国别省市：