本发明专利技术属于新型高熵半导体材料领域，公开了一类AgMnSbTe3基高熵半导体材料及其制备，该高熵半导体材料的化学式为AgMnXYSbTe5，其中，X，Y选自Ge，Sn，Pb中任意两种不同的元素，并且，Ag元素、Mn元素、X元素、Y元素、Sb元素和Te元素六者原子之比为1：1：1：1：1：5。本发明专利技术通过对材料的组成进行改进，相应得到的AgMnXYSbTe5(如，AgMnGePbSbTe5、AgMnGeSnSbTe5、AgMnSnPbSbTe5)，是具有面心立方晶格结构的高熵半导体，隶属于Fm3m空间群，尤其可以用作热电材料。电材料。电材料。
【技术实现步骤摘要】
一类AgMnSbTe3基高熵半导体材料及其制备
[0001]本专利技术属于新型高熵半导体材料领域，更具体地，涉及一类AgMnSbTe3基高熵半导体材料及其制备，该AgMnSbTe3基高熵半导体材料的化学通式为AgMnXYSbTe5，其中X，Y选自Ge，Sn，Pb中不同的两种元素。
技术介绍
[0002]近年来，熵值逐渐成为一个新的评价热电性质的整体性指标，就像一个虚拟但是独特的“基因”。其中，高熵半导体材料因其自身高的晶体对称性和严重的晶格畸变而受到热电界关注。所谓高熵半导体与高熵合金类似，通常是指大于等于5种主要元素以5
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35％的摩尔比竞争相同的晶格位点，从而形成具有高构型熵的固溶体。高熵半导体材料具备四个与热电材料的性能优化息息相关的核心效应。即，热力学上的高熵效应、动力学上的延迟扩散效应、结构上的晶格畸变效应、性能上的鸡尾酒效应。具体地，基于热力学上的高熵效应，高构型熵倾向于形成体心立方相(bcc)或面心立方相(fcc)。高对称晶体结构由于其对称性高，在实空间和倒易空间中产生更多的等效位置，在费米能级附近容易形成多带电子带或重叠带，这可以显著提高电子态密度和有效质量，从而提升Seebeck系数。此外，高构型熵也倾向于扩大合金元素的溶解度极限，从而扩大相空间和性能优化空间；基于动力学上的延迟扩散效应，低扩散动力有利于原位形成纳米沉淀物，这是全尺度分层微结构的关键组成部分。全尺度分层微结构的存在能够有效散射声子由此获得低的晶格热导率；基于结构上的晶格畸变效应，广泛的离子质量和大小不匹配导致严重的晶格畸变，进而导致低的晶格热导率；基于性能上的鸡尾酒效应，高熵半导体作为热电材料具备很大的可调性。此外，多主元高熵合金被人们所关注，不仅是因为其独特的多主元固溶体结构，还因为高熵合金具有高的硬度和强度。热电材料的终端是作为热电器件应用，对于热电器件而言优异的力学性能是热电器件稳定长久工作的关键。因此，开发性能优异的高熵半导体作为热电材料不仅仅在性能调控方面具备优势，在器件制备、研究、应用方面也具有巨大优势。
[0003]然而，目前属于高熵半导体且能够应用于热电领域的材料很少。开发新型高熵半导体一个重要的方法就是固相反应。晶体结构相同是组元之间形成无限固溶体的必要条件，对于结构不同的元素，其相互溶解度通常是有限的。因此，大于5种主要元素以5
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35％的摩尔比竞争相同的结晶位点形成稳定的单相固溶体是非常具有挑战性的。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一类AgMnSbTe3基高熵半导体材料及其制备，其中通过对材料的组成进行改进，在AgMnSbTe3基材料中额外引入Te、X和Y(X和Y为Ge，Sn，Pb中任意两者)，相应得到的AgMnXYSbTe5(如，AgMnGePbSbTe5、AgMnGeSnSbTe5、AgMnSnPbSbTe5)，是种具有面心立方晶格结构的高熵半导体，隶属于空间群，尤其可以用作热电材料。本专利技术尤其可利用高温熔炼实现固相反应、得到目标AgMnXYSbTe5材料，制备便捷，可实现大规模制备。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种高熵半导体材料，其特征在于，其化学式为AgMnXYSbTe5，其中，X，Y选自Ge，Sn，Pb中任意两种不同的元素，并且，Ag元素、Mn元素、X元素、Y元素、Sb元素和Te元素六者原子之比为1：1：1：1：1：5；该材料是通过向AgMnSbTe3基材料中额外引入Te、X和Y，晶格结构为面心立方结构，空间群为。
[0006]作为本专利技术的进一步优选，Ag、Mn、X、Y、Sb这五种元素随机占据阳离子位，互为竞争，AgMnXYSbTe5的构型熵大于1.5R，其中，R＝8.314J mol
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‑1。
[0007]按照本专利技术的另一方面，本专利技术提供了上述高熵半导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008](1)准备原材料粉末：在保护性气氛环境下按化学式AgMnXYSbTe5的名义化学剂量比，称取各元素所对应的单质材料粉末；
[0009](2)粉末混合：将步骤(1)得到的各种粉末充分混合，得到混合粉末；
[0010](3)真空封管：将步骤(2)得到的混合粉末置于石英管中，抽真空至压强不超过10
‑5托后密封；
[0011](4)高温熔炼：将步骤(3)得到的真空密封的石英管，在900℃
‑
1000℃保温20
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24小时以进行高温熔炼，熔炼后淬火降温获得熔炼铸锭。
[0012]作为本专利技术的进一步优选，所述制备方法还包括步骤：
[0013](5)铸锭粉碎：将步骤(4)得到的熔炼铸锭粉碎为粉末，这些粉末即为AgMnXYSbTe5材料粉末。
[0014]作为本专利技术的进一步优选，所述制备方法还包括步骤：
[0015](6)放电等离子体烧结：将步骤(5)得到的AgMnXYSbTe5材料粉末装填到石墨模具中，然后进行放电等离子体烧结，即可得到AgMnXYSbTe5材料块体；其中，所述放电等离子体烧结满足：炉腔真空度小于8Pa，轴向压力为40MPa，烧结温度为500℃
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550℃，烧结时间为10
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15分钟；并且，在放电等离子体烧结完成后，具体是采用随炉冷却室温并逐步卸去压力。
[0016]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(1)中，所述保护性气氛为氩气。
[0017]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(4)中，所述高温熔炼所采用的升温时间为12
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14小时，从而升温至900℃
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1000℃。
[0018]作为本专利技术的进一步优选，所述步骤(5)中，所述粉碎具体是利用玛瑙研钵粉碎。
[0019]按照本专利技术的又一方面，本专利技术提供了上述高熵半导体材料作为热电半导体材料的应用。
[0020]作为本专利技术的进一步优选，所述高熵半导体材料具体为AgMnXYSbTe5材料块体。
[0021]通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于通过向AgMnSbTe3基材料中额外引入Te、X和Y，形成具有面心立方晶格结构(隶属于空间群)的单相材料AgMnXYSbTe5，其中，X和Y为Ge，Sn，Pb中任意两者，Ag元素、Mn元素、X元素、Y元素、Sb元素和Te元素这六种元素，增大了构型熵，克服了不同组元之间溶解度较小的难题，能够顺利发生固相反应得到稳定的、面心立方单相的AgMnXYSbTe5材料。
[0022]本专利技术AgMnXYSbTe5材料，依据公式(k
B
，Ω，n,x
i
和N
A
分别是玻尔兹曼常数，原子占据概率，取代组分原子的个数，第i个组分的摩尔含量和阿伏伽德罗数)，计算可知其构型熵大于1.5R(R＝8.314J mol
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‑1)，属于高熵材料系列。
并且，构型熵的增加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高熵半导体材料，其特征在于，其化学式为AgMnXYSbTe5，其中，X，Y选自Ge，Sn，Pb中任意两种不同的元素，并且，Ag元素、Mn元素、X元素、Y元素、Sb元素和Te元素六者原子之比为1：1：1：1：1：5；该材料是通过向AgMnSbTe3基材料中额外引入Te、X和Y，晶格结构为面心立方结构，空间群为2.如权利要求1所述高熵半导体材料，其特征在于，Ag、Mn、X、Y、Sb这五种元素随机占据阳离子位，互为竞争，AgMnXYSbTe5的构型熵大于1.5R，其中，R＝8.314Jmol
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‑1。3.如权利要求1或2所述高熵半导体材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备原材料粉末：在保护性气氛环境下按化学式AgMnXYSbTe5的名义化学剂量比，称取各元素所对应的单质材料粉末；(2)粉末混合：将步骤(1)得到的各种粉末充分混合，得到混合粉末；(3)真空封管：将步骤(2)得到的混合粉末置于石英管中，抽真空至压强不超过10
‑5托后密封；(4)高温熔炼：将步骤(3)得到的真空密封的石英管，在900℃
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1000℃保温20
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24小时以进行高温熔炼，熔炼后淬火降温获得熔炼铸锭。4.如权利要求3所述制备方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗裕波，杨君友，马征，李旺，许天，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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