本发明专利技术公开了一种Ｂｉ２－ｘＡｇ３ｘＳ３热电材料及其制备方法，属于能源材料的技术领域。本发明专利技术是将Ｂｉ、Ｓ和Ａｇ按照化学计量比Ｂｉ２－ｘＡｇ３ｘＳ３配置，其中ｘ代表Ａｇ的摩尔分数，取值范围为０．００１≤ｘ≤１。将高纯（９９．９９％）的Ｂｉ元素、Ｓ元素和Ａｇ元素的粉末状单质按照最终产物化学计量比配置，进行机械合金化合成粉末，使用放电等离子烧结成块体。该材料的优点在于Ａｇ的掺入大大降低了材料的电阻率，在热导率变化不大的同时取得了较高优值。制备方法的优点在于操作简单、廉价易得、时间短、颗粒尺寸可控、致密度高、机械性能好、热电性能较纯Ｂｉ２Ｓ３有大幅提高，适合大批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源材料
，特别涉及一种Bi2—xAg3xS3的热电材料及其制备 方法，涉及到机械合金化(Mechanical Alloying, MA)和放电等离子烧结(SparkPlasma Sintering, SPS)工艺。
技术介绍
热电材料是一种利用固体内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的功能 材料。Bi^3是一种重要的半导体材料，其能带间隙为1.2-1.7eV，在热电、电子和光电子器 件以及红外光谱学上具有潜在应用价值。最早研究Bi2S3热电性能的是美国密西根大学的 B. X. Chen等[B. X. Chen， C. Uher， Chem. Mater. 9 (1997) 1655.]采用真空熔炼的方法制备了 N型Bi^及K掺杂的K-Bi-S三元化合物，Bi^在300K温度下最大的热电优值(ZT)为 0.058。近年来国内开始研究Bi2S3的热电性能，赵立东等[Zhao L D， Zhang B P， et al， J. Solid State Chem. ， 181 (2008) 3278-3282.]采用调节S的化学计量比和热变形的方法提 高了 Bi2S3材料的ZT值，发现在523K温度下最大ZT值为0. 11 。 目前Bi^3基粉末的制备方法有真空熔炼、水热合成、溶剂热合成、机械合金化。机 械合金化与前两种方法相比具有以下优势可以避免熔融状态成分偏析，制备复杂的多元 合金，制备原料熔点相差大的合金化合物，时间短、效率高。采用机械合金化与放电等离子 烧结工艺制备Bi2—xAg3xS3热电材料未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是采用廉价易得的原料，用简单的操作手段在短时间内制备出颗粒 尺寸可控、致密度高、机械性能好的Bi2—xAg3xS3热电材料。 —种Bi2—xAg3xS3热电材料，其特征是化学成分组成通式为Bi2—xAg3xS3，其中x表示 Ag组成元素的摩尔分数，取值范围是0. 001《x《1。 Ag固溶在Bi2S3基体之中，粉末的晶 粒尺寸在100 500nm范围内，块体的晶粒尺寸100 500nm。 所述的Bi2—xAg3xS3热电材料的制备方法，其特征在于以99. 99%的高纯Bi、 Ag、 S 粉末状单质为原料，按化学通式Bi2—xAg3xS3配置，在行星式球磨机中进行机械合金化合成粉 末，采用放电等离子烧结方法制备块体材料。 本专利技术技术的主要特点 ( — )材料的特征 在所制备的粉末和块体材料中，Ag固溶在Bi2S3基体中，使电阻率大幅降低，而热 导率变化不大，塞贝克系数小幅降低，热电优值(ZT)有较大提高。 (二)制备方法的特征 1.按一定摩尔比分别称量高纯的(99.99^)Bi粉、Ag粉和S粉，混合在球磨罐中， 抽真空后充入Ar气，循环三次，使Ar气充满球磨罐，将球磨罐密闭。 2.将球磨罐放入球磨机，调节球磨时间和转速进行球磨(干磨)，完毕后将球磨罐取出，往球磨罐中注入100ml无水乙醇，在此过程中，保持Ar气流通，以免破坏惰性保护气 氛，然后进行湿磨。 3.将粉取出，放入干燥箱干燥，温度为8(TC，时间为2h。 4.干燥的粉末进行放电等离子(SPS)烧结成块体，模具直径为10 30mm，升温速 度为IO(TC /min，保温时间为5 10min。 5.将块体切割成两部分，一部分打磨成条状测试其电学性能(塞贝克系数和电阻率)，另一部分磨成直径为10mm、厚度为1 1.5mm的圆片，测定其热扩散系数。 本专利技术优点在于操作简单、廉价易得、时间短、颗粒尺寸可控、致密度高、机械性能好、热电性能较纯Bi^3有大幅提高，适合大批量生产。附图说明 图1 :本专利技术设计的一种Bi2—xAg3xS3粉体的X射线衍射图谱； 具体实施例方式首先用机械合金化方法制备Bi2—xAg3xS3纳米粉末，该方法是将高纯Bi、 Ag和S单 质粉末按照化学通式Bi^,Ag^S3配比，一起放入行星式高能球磨机中在惰性气体(Ar)保护 下进行机械合金化，干磨合成化合物后再进行湿磨，烘干得到Ag掺杂Bi2S3纳米粉末；将粉 末放电等离子烧结，得到块体材料。试验条件如下X的取值范围是X = 0. 001 1. 0 ;惰性气体(At气)保护下干磨 1 20h，转速为100 600rpm ;无水乙醇气氛下湿磨O. 25 5h，转速为100 400rpm ;SPS 烧结温度200 600。C，模具直径为10 30mm，压力20 60MPa。 表1给出了本专利技术(Bi2—xAg3xS3)的几个优选实施例 <table>table see original document page 4</column></row><table>本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ｂｉ↓［２－ｘ］Ａｇ↓［３ｘ］Ｓ↓［３］热电材料，其特征是化学成分组成通式为Ｂｉ↓［２－ｘ］Ａｇ↓［３ｘ］Ｓ↓［３］，其中ｘ表示Ａｇ组成元素的摩尔分数，取值范围是０．００１≤ｘ≤１。
【技术特征摘要】
一种Bi2-xAg3xS3热电材料，其特征是化学成分组成通式为Bi2-xAg3xS3，其中x表示Ag组成元素的摩尔分数，取值范围是0.001≤x≤1。2. 如权利要求1所述的Bi2—xAg3xS3热电材料，其特征在于Ag固溶在Bi2S3基体之中，粉末的晶粒尺寸在100 500nm范围内，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张波萍，于一强，葛振华，尚鹏鹏，陈晨，陈跃星，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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