一种p型镁银锑热电材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种p型镁银锑热电材料及其制备方法和应用，该方法先通过高温预熔的方式使Mg、Ag和Sb三种元素两两反应，形成化合物；然后再通过高能球磨的方式使所述化合物活化并反应，得到MgAgSb化合物；再通过对所述MgAgSb化合物进行热压烧结处理，得到所述p型镁银锑热电材料。避免了两步球磨第一步反应不完全的影响，同时一步球磨提高了制备效率；同时该方法也规避了长时间高温熔融Mg蒸气挥发Mg的缺失带来的化学计量比偏移，合成样品纯度更高。合成样品纯度更高。合成样品纯度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种p型镁银锑热电材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料
，具体涉及一种p型镁银锑热电材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]热电转换技术是一种环境友好型的能量转换技术，它利用半导体热电材料能直接将热能与电能进行相互转换，具有寿命长、无运动部件、无噪音、可靠性高、适应环境能力强等特点，在低品位余热收集、深海、深太空探索等领域有着非常重要的应用。热电材料的制冷效率主要通过无量纲热电优值zT＝S2σT/κ来评价，其中S为塞贝克系数(V
·
K
‑1)，σ为电导率(S
·
m
‑1)，κ为热导率(W
·
m
‑1·
K
‑1)，T为绝对温度(K)。近室温应用热电材料种类有限，目前p型材料中仅a
‑
MgAgSb、GeTe、SnSe 300～500K的平均zT值与商业Bi2Te3相当。MgAgSb由于机械强度高，且Mg原材料储量丰富，更有利于工业生产，受到越来越多关注。
[0003]然而a
‑
MgAgSb材料由于组成元素两两之间易发生反应，组分区间小，偏离化学计量比很容易形成二元第二相；此外，该化合物降温过程中历经两次相转变才能形成低温相a
‑
MgAgSb，相变过程容易有Ag化合物的析出，因此a
‑
MgAgSb合成问题成为制约其热电性能提高和实际应用的难题。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种p型镁银锑热电材料及其制备方法和应用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术第一方面提供一种p型镁银锑热电材料的制备方法，该方法先通过高温预熔的方式使Mg、Ag和Sb三种元素两两反应，形成化合物；然后再通过高能球磨的方式使所述化合物活化并反应，得到MgAgSb化合物；再通过对所述MgAgSb化合物进行热压烧结处理，得到所述p型镁银锑热电材料。
[0007]进一步的，该方法具体包括以下步骤：根据MgAgSb热电材料的化学计量比，将各组分物料置于坩埚中进行高温熔炼，得到化合物；将所述化合物置于球磨罐中进行高能球磨，得到MgAgSb化合物；对所述MgAgSb化合物进行热压烧结处理，得到所述p型镁银锑热电材料；所述MgAgSb热电材料的化学式为Mg
1+d
Ag
0.97
Sb
0.99+y
；其中，
‑
0.02≤d≤0.02，
‑
0.03≤y≤0.03。
[0008]进一步的，所述高温熔炼包括先升温、保温、再降温；所述高温熔炼的操作参数为：温度为650℃～1000℃，时间为0.5h～5h，升温速率小于50℃/min，熔炼1h～5h，熔炼降温至600℃后淬火冷却，降温速率小于50℃/min。
[0009]进一步的，所述高能球磨的操作参数为：转速为1000转/小时～1500转/小时，球磨时间6h～10h。
[0010]进一步的，所述热压烧结的操作参数为：温度为200℃～300℃，压强为70MPa～90MPa。
[0011]进一步的，所述各组分物料为高纯原料，纯度为95％及以上。
[0012]进一步的，所述高温熔炼在真空环境下进行；所述高能球磨在氩气环境下进行。
[0013]进一步的，所述坩埚的材质为氮化硼或石墨；所述球磨罐的材质为不锈钢，球的材质为不锈钢或刚玉。
[0014]本专利技术第二方面提供一种p型镁银锑热电材料，如上述的p型镁银锑热电材料的制备方法所制得的p型镁银锑热电材料。
[0015]本专利技术第三方面提供如上述的p型镁银锑热电材料在热电转换领域的应用。
[0016]相较于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优点：
[0017]本专利技术提供一种p型镁银锑热电材料及其制备方法和应用，该p型镁银锑热电材料的制备方法通过先预熔再球磨和热压的方法，先通过高温预熔使Mg/Ag/Sb三种元素两两反应，形成化合物，然后再进一步通过高能球磨，使化合物活化进一步发生反应生产MgAgSb化合物，并通过低温热压烧结，避免MgAgSb发生相转变，最终形成高纯a
‑
MgAgSb化合物。避免了两部球磨第一步反应不完全的影响，同时一步球磨提高了制备效率；同时该方法也规避了长时间高温熔融Mg蒸气挥发Mg的缺失带来的化学计量比偏移，合成样品纯度更高。
附图说明
[0018]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0019]图1是本专利技术提供的a
‑
MgAgSb热电材料的制备方法的技术路线图；
[0020]图2是本专利技术实施例1中制得的a
‑
MgAgSb热电材料的XRD图；
[0021]图3是本专利技术实施例1中的a
‑
MgAgSb热电材料的塞贝克系数结果图；
[0022]图4是本专利技术实施例1中的a
‑
MgAgSb热电材料的电阻率测试结果图；
[0023]图5是本专利技术实施例1中的a
‑
MgAgSb热电材料的热导率测试结果图；
[0024]图6是本专利技术实施例1中的a
‑
MgAgSb热电材料的热电优值zT结果图。
具体实施方式
[0025]目前实验上主要通过两步球磨法合成a
‑
MgAgSb化合物，先通过第一步球磨合成Mg
‑
Ag合金，然后再加入Sb进行第二次球磨，合成MgAgSb粉末后热压成型；此外，也有采用高温熔融和微波熔融技术直接合成MgAgSb铸锭，用研钵磨成粉末，然后热压成型，但第二种方法合成样品杂质出现概率更高。
[0026]专利技术人发现，虽然两步球磨法是a
‑
MgAgSb合成常用方法，然而Mg粉、Ag粉由于金属延展性球磨过程中易形成片状金属，难以进行下一步反应，此外，根据相图第一步球磨形成的Mg
‑
Ag合金Ag的成分区间48～57％，无法通过XRD判断粉末是否反应完全，合成粉末化学组分是否偏离起始配料化学计量比；第二步球磨过程中Sb容易反应不完全，出现Sb单质，且两步球磨制备过程时间长。高温熔融和微波熔融法合成过程中，由于Mg饱和蒸气压低，以Mg蒸气形式存在并挥发至石英管壁，不仅造成Mg偏离化学计量比，也腐蚀石英管，增加制备难度。
[0027]可以看出，a
‑
MgAgSb在近室温区表现优异热电性能，然而高纯相a
‑
MgAgSb合成困难，经常出现已第二相形式出现的Mg
‑
Sb、Ag
‑
Sb化合物及Sb单质，严重影响其热电性能。本
专利技术针对现有熔融法和两步球磨法合成a
‑
Mg本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种p型镁银锑热电材料的制备方法，其特征在于，该方法先通过高温预熔的方式使Mg、Ag和Sb三种元素两两反应，形成化合物；然后再通过高能球磨的方式使所述化合物活化并反应，得到MgAgSb化合物；再通过对所述MgAgSb化合物进行热压烧结处理，得到所述p型镁银锑热电材料。2.根据权利要求1所述的p型镁银锑热电材料的制备方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：根据MgAgSb热电材料的化学计量比，将各组分物料置于坩埚中进行高温熔炼，得到化合物；将所述化合物置于球磨罐中进行高能球磨，得到MgAgSb化合物；对所述MgAgSb化合物进行热压烧结处理，得到所述p型镁银锑热电材料；所述MgAgSb热电材料的化学式为Mg
1+d
Ag
0.97
Sb
0.99+y
；其中，
‑
0.02≤d≤0.02，
‑
0.03≤y≤0.03。3.根据权利要求2所述的p型镁银锑热电材料的制备方法，其特征在于，所述高温熔炼包括先升温、保温、再降温；所述高温熔炼的操作参数为：温度为650℃～1000℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李娟，刘睿恒，侯旭峰，赵令浩，李桂娟，任保国，冯江河，孙蓉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：