【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于热电器件，具体涉及一种用于热电器件的阻挡层、其制备方法和热电器件。
技术介绍
1、热电材料是一种可以将热能直接转化为电能的新型功能材料，其转换效率可以用热电优值(zt)来衡量，zt＝s2σt/κ。其中s为赛贝克系数，σ为电导率，t为绝对温度，κ为热导率。zt值越大，表示转换效率越高。方钴矿材料是一种在中高温环境(500℃-600℃)服役的热电材料，其zt值可以在所有热电材料中排在第一梯队，实验室最高可达1.7及以上。
2、热电材料服役时一般需要组成热电器件。热电器件由热电材料、阻挡层和电极组成。其中热电材料起到将热能转化为电能的作用；阻挡层位于热电材料和电极之间，起到抑制热电材料和电极反应的作用，阻挡层一般和热电材料反应较慢；电极起到传热和导电的作用。热电材料服役时的另一个需求是需要两端保持一定的温差，即一端为热端，一端为冷端，热端温度通常被确定为该热电材料zt值最优的温度，例如方钴矿材料zt值最优温度为600℃左右。
3、方钴矿通式为ab3，代表性的化合物为cosb3。根据相关研究报道，cosb3在600℃服役时会缓慢分解成cosb2和sb蒸汽，sb从基体材料表面升华后会沉积在阻挡层，甚至绕过阻挡层沉积在电极表面。其可能造成的影响有：1、cosb2相比cosb3电阻率更高，使得分解后，材料电阻率升高，热电器件功率下降；2、cosb2密度比cosb3更大，使得分解后，材料内部出现孔洞等缺陷；3、sb元素化学性质活泼，当沉积在阻挡层和电极上时，会和阻挡层及电极的主要元素互相反应，尤其电极材料需
4、因此，如何减轻在高温下热电材料层中元素的升华，以提高热电器件的性能和使用寿命，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于热电器件的阻挡层、其制备方法和热电器件。该阻挡层能够对热电材料层起到保护作用，抑制热电材料层侧面元素的升华，减少孔洞等缺陷，从而提高热电器件的性能，延长使用寿命。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种用于热电器件的阻挡层，所述阻挡层包括平板层和凸起结构；
4、所述凸起结构设置在所述平板层上，且围绕成一圈；
5、所述凸起结构覆盖所述平板层的边缘；
6、所述凸起结构的外侧面垂直于所述平板层。
7、本专利技术通过研究发现，现有的平板状阻挡层只能抑制热电材料端面和电极的反应以及端面处元素的升华，但不能抑制热电材料层侧面元素的升华现象，因此导致热电器件的性能较差，寿命较短。
8、本专利技术通过在阻挡层中设置所述凸起结构，能够使热电材料层的端面和侧面均被阻挡层包裹，起到保护作用，抑制热电材料层侧面元素的升华，减少孔洞等缺陷，从而提高热电器件的性能，延长使用寿命。
9、需要说明的是，本专利技术中，所述平板层是指厚度均匀的片层结构。所述平板层和所述凸起结构是为了方便描述所述阻挡层而人为划分的结构，其实际是一体的。
10、本专利技术中，所述凸起结构的顶端是指凸起结构远离所述平板层的一端。本专利技术中所述凸起结构呈“围墙”状，因此本领域技术人员容易理解，所述凸起结构的内侧是指所述凸起结构面向其所围成的封闭空间的一侧，所述凸起结构的外侧是指所述凸起结构远离其所围成的封闭空间的一侧。
11、本专利技术对所述平板层的厚度、平面形状和尺寸不做特殊限制，其中平板层的厚度可以与常规的片层状阻挡层的厚度相同，例如厚度为1mm；平板层的平面形状和尺寸可根据热电器件实际所需规格进行选择，例如平面形状为正方形，边长为6.5mm。
12、在本专利技术一些实施方式中，所述凸起结构的外侧面与所述平板层的边缘齐平设置。这样的结构更易于生产加工。
13、在本专利技术一些实施方式中，所述平板层的厚度为0.5-2mm；例如可以是0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.3mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm或2mm等。
14、平板层的厚度取决于阻挡层和热电材料的热膨胀系数匹配程度，匹配程度越高则阻挡层厚度可以做的越厚，最厚不超过2mm。若阻挡层与热电材料层的热膨胀系数不匹配，则只能采用箔类阻挡层，否则烧结后极易开裂，但平板层的厚度不宜低于0.5mm，因为烧结后的阻挡层外表面需要打磨清理，保证上下面的平行度，为后续焊接做准备，太薄没有打磨余量
15、在本专利技术一些实施方式中，所述凸起结构的高度为0.5-2mm；例如可以是0.5mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.3mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm或2mm等。
16、优选地，所述凸起结构的高度等于所述平板层的厚度。
17、由于阻挡层+热电材料+阻挡层的三层复合结构在服役过程中存在温度场，实测在热端为600℃，冷端为150℃，整个材料内部存在温度梯度，而p型cosb3在550℃以上才会出现材料分解及升华，n型cosb3仅在约575℃以上才会出现材料分解及升华，故侧面阻挡层(即凸起结构)覆盖区域无需太多，实测约1mm高的凸起结构即能覆盖绝大部分升华温度区间。
18、本专利技术中，若所述凸起结构的高度过高，首先加工难度较高，其次热电材料粉末与阻挡层的反应面积增大，出现微裂纹和局部缺陷的概率增加，与热电材料烧结的过程中，凸起端深入热电材料过多，将会干扰sps温度场，使顶端局部的热电材料出现结构疏松等缺陷。
19、在本专利技术一些实施方式中，所述凸起结构的宽度为0.5-1mm，例如可以是0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1mm等。
20、本专利技术中，所述凸起结构呈“围墙”状，其宽度即是指该“围墙”的墙壁厚度。沿所述平板层的边缘，所述凸起结构在不同位置处的宽度可以相同，也可以不同。所述凸起结构的宽度保持在合适的范围内(例如0.5-1mm)即可，若凸起结构的宽度过大，其抑制热电材料层侧面元素升华的作用并不会明显增强，反而会占据较多的热电材料的空间，导致热电器件的热电转换能力下降；若凸起结构的宽度过小，一方面可能对元素升华的抑制作用减弱，另一方面会增加加工难度。
21、在本专利技术一些实施方式中，所述凸起结构的顶端从外侧向内侧的转角为圆角。
22、以所述凸起结构的截面(垂直于平板层和凸起结构的截面)形状为矩形为例，该凸起结构的顶端从外侧向内侧的转角为直角，则当阻挡层与热电材料烧结后，存在应力集中，不利于阻挡层与热电材料层的良好结合。而通过将凸起结构的顶端从外侧向内侧的转角设置为圆角，有助于增强阻挡层与热电材料层的结合强度。但需要说明的是，上述顶端从外侧向内侧的转角不为圆角(例如直角、锐角、钝角等)的凸起结构，同样能够实现抑制热电材料层侧面元素升华的作用。
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【技术保护点】
1.一种用于热电器件的阻挡层，其特征在于，所述阻挡层包括平板层和凸起结构；
2.根据权利要求1所述的阻挡层，其特征在于，所述凸起结构的外侧面与所述平板层的边缘齐平设置。
3.根据权利要求1或2所述的阻挡层，其特征在于，所述平板层的厚度为0.5-2mm；
4.根据权利要求1-3任一项所述的阻挡层，其特征在于，所述凸起结构的顶端从外侧向内侧的转角为圆角。
5.根据权利要求1-4任一项所述的阻挡层，其特征在于，所述阻挡层的材料为两种金属的合金，其中一种金属为Fe、Ti、Co、Ga或Ni，另一种金属为Hf、W、Mo或Nb；
6.一种如权利要求1-5任一项所述的阻挡层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述阻挡层前体包括平板层和设置在所述平板层上的多个第一凸起结构和多个第二凸起结构；
8.一种热电器件，其特征在于，所述热电器件包括依次层叠的第一电极、第一阻挡层、热电材料层、第二阻挡层和第二电极；
9.根据权利要求8所述的热电器件，其特
10.根据权利要求8或9所述的热电器件，其特征在于，所述第一阻挡层和第二阻挡层的热膨胀系数各自独立地为所述热电材料层的热膨胀系数的95-105％；
...【技术特征摘要】
1.一种用于热电器件的阻挡层，其特征在于，所述阻挡层包括平板层和凸起结构；
2.根据权利要求1所述的阻挡层，其特征在于，所述凸起结构的外侧面与所述平板层的边缘齐平设置。
3.根据权利要求1或2所述的阻挡层，其特征在于，所述平板层的厚度为0.5-2mm；
4.根据权利要求1-3任一项所述的阻挡层，其特征在于，所述凸起结构的顶端从外侧向内侧的转角为圆角。
5.根据权利要求1-4任一项所述的阻挡层，其特征在于，所述阻挡层的材料为两种金属的合金，其中一种金属为fe、ti、co、ga或ni，另一种金属为hf、w、mo或nb；
6.一种如权利要求1-5任一项所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：白岩，曹聪帅，李全，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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