一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法，涉及热电材料领域。本发明专利技术包括成分配置，高能球磨，SPS烧结等工艺步骤，采用碲化铋基体材料加入一定比重第二相材料的方式，所制备的热电材料为n型碲化铋基热电材料为Bi2Te

【技术实现步骤摘要】
一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于热电材料领域，特别是涉及一种n型碲化铋基热电材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]热电材料是一种能实现热能和电能转换的功能材料。热电转换技术基于塞贝克效应，通过温差驱动载流子的迁移形成温差电动势，可以实现热能和电能的相互转换。由热电材料制得的温差发电器件可利用工商业余废热、地热、人体体温等作为热源进行热电转换，且具有体积小，稳定性高，寿命长，绿色环保，免维护等优点。当今世界能源问题和环境问题日益严重，充分利用能源资源，提高能源利用效率成为当前的研究热电。热电转换技术可以实现低品位热源、余废热到电能的转换，在能源资源利用领域有着广阔的应用前景。
[0003]热电优值(无量纲ZT值)是衡量热电材料热电转换效率的指标。热电转换效率高的热电材料往往具有较大的热电优值。ZT可表示为：
[0004][0005]其中S为塞贝克系数，是材料单位梯度温度上产生的电动势，大小取决于载流子类型和材料两端的温度差。σ为电导率，与载流子浓度和载流子迁移率有关。k为热导率，由电子热导率和晶格热导率组成。热电优值较高的热电材料往往具有较高的塞贝克系数，较大的电导率，较低的热导率，但是这三者之间的关系是相互耦合吗，相互影响的，综合调控较为困难。碲化铋基材料是适用于低温(室温
‑
200℃)的一种热电材料，具有制备简单，绿色环保，成本低的有点，也是目前商业中最普遍使用的低温热电材料。为了获得更高的ZT值，对S，σ，K的协同调控中，我们总是希望能够获得较大的S和σ以及较小的K。目前p型的碲化铋热电材料ZT值可达1.5以上，然而，相匹配的n型碲化铋材料ZT值仍然偏低，本征的n型碲化铋材料ZT值仅有0.5左右。传统的熔融法周期长，制备效率较低，且熔融法制备的碲化铋基材料热导率大多在1.5W
·
m
‑1·
K
‑1附近，如何进一步降低材料的热导率，提升材料的ZT值，一直是该类材料的研究问题之一。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是在于解决现有传统的p型的碲化铋热电材料ZT值较大，相匹配的n型碲化铋材料ZT值仍然偏低，并且传统的熔融法周期长，制备效率较低，且熔融法制备的碲化铋基材料热导率相对较高的问题，提供了一种具有较大ZT值的n型碲化铋材料及热导率相对较低的碲化铋基材料，以及该n型碲化铋基热电材料的制备方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术的一种n型碲化铋基热电材料，所述热电材料化学式为Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb；其中，Bi2Te
2.7
Se
0.3
和MgAgSb分开制备。
[0009]一种n型碲化铋基热电材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1、以Mg，Ag，Sb单质为原料，按照MgAgSb热电材料化学式称取后混合，放入球磨罐
中；
[0011]S2、使用行星球磨机对称取配比后的材料进行高能球磨得到预制的MgAgSb粉体；
[0012]S3、球磨完成后采用SPS烧结法在真空加压条件下对预制的MgAgSb粉体材料进行烧结；
[0013]S4、烧结完成后将取适量MgAgSb块体；
[0014]S5、按照Bi2Te
2.7
Se
0.3
热电材料化学式称取Bi，Te，Se后混合，接着称取Bi，Te，Se混合质量0.5％的MgAgSb块体一起放入球磨罐中；
[0015]S6、使用行星球磨机对称取配比后的材料进行高能球磨得到预制的Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb粉体；
[0016]S7、球磨完成后采用SPS烧结法在真空加压条件下对预制的Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb粉体材料进行烧结。
[0017]进一步地，所述S5步骤中称取是在真空手套箱氩气气氛保护下进行。
[0018]进一步地，所述S7步骤中SPS烧结的温度为450℃；压力为60MPa；保温时间为20min。
[0019]进一步地，所述S7步骤中SPS烧结的烧结过程采用梯度升温且全程保压，具体是10min升温至250℃，接着10min升温到450℃，保温20min，之后随炉冷却；烧结全过程保持压力上载。
[0020]进一步地，所述球磨罐以及内部的磨球材料均为不锈钢，球磨罐内的助磨剂为无水乙醇，混料后的球磨罐为抽真空密封。
[0021]进一步地，所述行星球磨机总转速为500rpm，自转盘转速为800rpm，公转盘转速为300rpm。
[0022]进一步地，所述高能球磨具体处理方式为间歇性球磨；所述间歇性球磨为每球磨50min后停顿10min，球磨总时间12h，间歇性球磨一方面是防止粉末沾壁影响球磨效率，另一方面是为了保护电机。
[0023]进一步地，所述S6步骤获得的Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb粉体后在真空干箱中干燥；真空度≤0.1Pa，干燥温度为80～100℃，干燥时间≥18h；干燥后的粉体材料使用超声波振动筛进行筛分；振动筛目数≥450目，目的振动筛。过筛可以分离不同粒度的粉末，也能将粒度较大的杂质筛除。
[0024]进一步地，所述真空干箱的升温采用梯度升温，具体是由20min升温至80℃，保温5h，然后1h升温到100℃，继续保温，总的保温时间在18h以上。采用梯度升温的方式，目的是现在低温真空条件下使乙醇液体挥发，再高温将剩下的粉体干燥完全。
[0025]另一方面，本专利技术还提供了一种根据上述的制备方法制备的n型碲化铋基热电材料；再一方面，本专利技术还提供了一种n型碲化铋基热电材料致密块体，，以上述n型碲化铋基热电材料Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb粉体作为原料，经过SPS烧结得到n型碲化铋基热电材料Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb致密块体；SPS烧结参数为：烧结温度为450℃；压力为60MPa；保温时间为20min。烧结过程采用梯度升温，全程保压；所述的梯度升温，全程保压为10min升温至250℃，接着10min升温到450℃，保温20min，之后随炉冷却；烧结全过程保持压力上载。
[0026]本专利技术相对于现有技术包括有以下有益效果：
[0027](1)经过本技术方案所制得的n型碲化铋基热电材料，通过载流子浓度和微纳米尺度的协同调控，最终制备得到Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb在473K的热导率为1.25W
·
m
‑1·
K...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种n型碲化铋基热电材料，其特征在于，所述热电材料化学式为Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb；其中，Bi2Te
2.7
Se
0.3
和MgAgSb分开制备。2.如权利要求1所述的一种n型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、以Mg，Ag，Sb单质为原料，按照MgAgSb热电材料化学式称取后混合，放入球磨罐中；S2、使用行星球磨机对称取配比后的材料进行高能球磨得到预制的MgAgSb粉体；S3、球磨完成后采用SPS烧结法在真空加压条件下对预制的MgAgSb粉体材料进行烧结；S4、烧结完成后将取适量MgAgSb块体；S5、按照Bi2Te
2.7
Se
0.3
热电材料化学式称取Bi，Te，Se后混合，接着称取Bi，Te，Se混合质量0.5％的MgAgSb块体一起放入球磨罐中；S6、使用行星球磨机对称取配比后的材料进行高能球磨得到预制的Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb粉体；S7、球磨完成后采用SPS烧结法在真空加压条件下对预制的Bi2Te
2.7
Se
0.3
+0.5wt％MgAgSb粉体材料进行烧结。3.根据权利要求2所述的一种n型碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，所述S5步骤中称取是在真空手套箱氩气气氛保护下进行。4.根据权利要求2所述的一种n型碲化铋基热电材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓鸣慜，
申请(专利权)人：闪电箭邺上海激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：