一种PbSe基热电材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112607714A(43)申请公布日2021.04.06(21)申请号202110020388.1(22)申请日2021.01.07(71)申请人安徽大学绿色产业创新研究院地址230088安徽省合肥市蜀山区高新区望江西路创业服务中心B座3层(72)发明人宋吉明周宁宁(51)Int.Cl.C01B19/04(2006.01)H01L35/16(2006.01)H01L35/28(2006.01)B82Y30/00(2011.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种PbSe基热电材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种Ag掺杂的PbSe基热电材料的制备方法，属于能源转换技术领域。首先采用水热合成PbSe纳米粒子，随后按一定化学计量比与自制的Ag纳米粒子复合，然后将复合纳米粒子在合适的压力和温度下退火，再结合高频炉加热、热压烧结工艺制备出PbSe‑Xwt%Ag块体热电材料。本发明制备的PbSe‑Xwt%Ag热电材料的电导率为5630.86~11099.02S/m，热导率为0.50~0.70W/mK，热电最优值为0.46~0.97。该制备方法周期短，操作简便，对设备要求低，而且所得热电材料为p型半导体，制备的PbSe基热电材料在能源转换领域具有潜在的应用价值。CN112607714ACN112607714A权利要求书1/1页1.一种PbSe基热电材料的制备方法，其特征在于首先由液相法合成PbSe纳米粒子，再与自制的Ag纳米粒子共混，退火处理，热压烧结工艺制备球团，得到PbSe基热电材料，所述的热电材料的化学式为PbSe‑Xwt%Ag，其中X=1~10,具体步骤如下：PbSe纳米粒子通过水热法制备，将0.1~0.3g硒源和1.1~1.2g铅源溶解在35~45ml乙二醇中，搅拌10~60分钟后，将混合物转移到含有容积为50ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，将高压釜在180~200℃下保持6~12h，随后，反应釜冷却至室温，沉淀经去离子水和乙醇洗涤4~6次，离心收集，将获得的样品在60℃真空干燥12h，得到干燥的PbSe纳米粒子；将5.2~6.2g干燥的PbSe纳米粒子粉末分散在50ml~150ml的乙醇中，然后将0.06~0.60g的自制的Ag纳米粒子添加到上述乙醇溶液中，将混合物溶液充分搅拌，然后在在真空气氛下将分散剂蒸发，得到均匀混合的PbSe‑Xwt%Ag材料。2.退火处理及高频炉加热、热压烧结工艺制备球团：将上述混合的PbSe‑Xwt%Ag材料在450℃~600℃下，弱还原气氛中退火1~5h，随后将退火后粉末装入石墨磨具中，上下用碳棒封住并用碳纸包裹，在35~65MPa的轴向压力、在手套箱中采用高频炉加热样品，450~550℃的环境中热压10~30min，得到致密度高和纯度高的PbSe基块体热电材料；根据上述制备方法所获得PbSe‑Xwt%Ag复合热电材料，结晶性好、致密度和纯度高，电导率为5630.8611099.02S/m，热导率为0.500.70W/mK，热~~电最优值ZT为0.20~0.97。2CN112607714A说明书1/3页一种PbSe基热电材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于材料制备及能源转化技术领域，具体涉及退火和热压相结合的方法制备p型PbSe纳米复合材料，该材料具有优异的热电性能。背景技术[0002]热电材料是一种可以实现热能和电能相互转换的材料，可用于热电制冷和热电发电。目前，利用p型和n型半导体热电材料组装的热电器件具有稳定性高、体积小、寿命长和绿色环保等优点，因此在传感器、制冷、循环利用废热和航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而热电材料的性能通常是由热电优值ZT来衡量，ZT=S2σT/k，其中S为Seebeck系数，σ为电导率，T为绝对温度，k为热导率。材料的功率因子为PF=S2σ。因此，优异的热电材料同时需要高的Seebeck系数、高的电导率和低的热导率。协调好这些参数之间的关系，对于提高最终确定的ZT值和实现热电材料转换效率至关重要。[0003]由于硒化铅（PbSe）具有独特的光学和电学性能，因此被认为是一种优异的功能材料。在过去的20年里，PbSe在光敏电阻、光催化，红外检测器和太阳能电池等领域的潜在应用得到了广泛的探索。本征PbSe材料为n型半导体，复合或掺杂可改变PbSe载流子种类，转变成p型半导体。纳米复合材料与大规模块体材料相比具有多组分、小尺寸、高密度晶界、相界和晶格缺陷等特点，可有效降低材料的导热系数，增加材料的声子散射，这些组成和结构特征通常对改善材料的热电性能有协同效应。考虑到PbSe是一个物理、化学性能稳定的窄带隙半导体材料，因此在