中温用金属硒化物热电材料及制备工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102051513A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102051513A(43)申请公布日2011.05.11(21)申请号201010539099.4(22)申请日2010.11.04(71)申请人宁波工程学院地址315211浙江省宁波市风华路201号(72)发明人崔教林(74)专利代理机构宁波奥凯专利事务所33227代理人白洪长(51)Int.Cl.C22C29/00(2006.01)C22C1/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称中温用金属硒化物热电材料及制备工艺(57)摘要本发明涉及热电材料领域的中温用金属硒化物热电材料及制备工艺。其设计要点在于该热电材料的化学式为InxAgySe3，其中x+y＝2，0.05≤y≤0.25。其制备工艺是将单质元素In、Ag、Se置于真空石英管内，经1000～1100℃合成20～28小时后，将InxAgySe3铸锭随炉冷却至600～650℃立即在水中淬火，淬火后的InxAgySe3经铸锭粉碎、球磨，再经放电等离子火花烧结制成块体，烧结温度为550～650℃，烧结压力40～60MPa，保温时间8～12分钟，烧结后的块体材料表面用硅酸钠浓溶液涂覆处理，待干燥后在真空石英管内退火20～28小时，退火温度180～200℃。本发明采用常规的粉末冶金法制备，工艺简单；采用过渡金属元素Ag等摩尔替换In2Se3热电合金中In元素，成本较低；材料具有环保特性，无噪音，适合作为一种绿色能源材料使用。CN10253ACCNN110205151302051519A权利要求书1/1页1.一种中温用金属硒化物热电材料，其特征是该中温用金属硒化物热电材料是In2Se3热电合金中的部分In元素替换为Ag元素，所述部分In元素在所述In2Se3热电合金中的摩尔分数为0.05～0.25，所述中温用金属硒化物热电材料的化学式为InxAgySe3，其中x+y＝2，0.05≤y≤0.25。2.根据权利要求1所述中温用金属硒化物热电材料的制备工艺，其特征是所述InxAgySe3是在真空石英管内熔炼合成，将单质元素In、Ag、Se置于真空石英管内，合成温度为1000～1100℃，合成时间为20～28小时，然后将真空石英管内的InxAgySe3铸锭随炉冷却至600～650℃后立即在水中淬火，将淬火后的InxAgySe3铸锭粉碎、球磨，球磨后的粉末经放电等离子火花烧结制成块体，烧结温度为550～650℃，烧结压力40～60Mpa，保温时间8～12分钟，烧结后的块体材料表面用硅酸钠浓溶液涂覆处理，待干燥后在真空石英管内退火20～28小时，退火温度180～200℃。3.根据权利要求2所述中温用金属硒化物热电材料的制备工艺，其特征是所述InxAgySe3在真空石英管内熔炼的合成温度为1050℃，烧结温度为600℃，烧结压力50MPa，在烧结温度下保温时间10分钟。4.根据权利要求2所述中温用金属硒化物热电材料的制备工艺，其特征是将所述烧结后的块体材料在真空石英管内退火24小时，退火温度190℃。2CCNN110205151302051519A说明书1/4页中温用金属硒化物热电材料及制备工艺技术领域[0001]本发明涉及热电材料，是一种中温用金属硒化物热电材料及制备工艺。背景技术[0002]热电材料是一种通过载流子，包括电子或空穴的运动实现电能和热能直接相互转换的新型半导体功能材料。由热电材料制作的发电和制冷装置具有体积小、无污染、无噪音、无磨损、可靠性好、寿命长等优点。在民用领域中，潜在的应用范围：家用冰箱、冷柜、超导电子器件冷却及余热发电、废热利用供电以及边远地区小型供电装置等。[0003]热电材料的综合性能由无量纲热电优值ZT描述，ZT＝Tσα2/κ，其中α是Seebeck系数、σ是电导率、κ是热导率、T是绝对温度。因此，热电材料的性能与温度有密切的关系。迄今为止，所发现的均质热电材料，其最高热电优值(ZT)只在某一个温度值下才取得最大值。目前，已被小范围应用的中温用热电发电材料主要是50年代开发的Pb-Te基和金属硅化物系列合金，前者其最大热电优值在1.5左右，但Pb对环境污染较大，对人体也有伤害。后者的热电性能较低，其热电优值一般在0.3左右，最大热电优值ZT≤0.6。金属硒化物热电材料的主要特点是各向异性，内部具有两维层片结构。因此，采用掺杂、合金固溶法以及设计材料制备工艺等方法可以改善其热电性能。[0004]在In2Se3两元合金内掺杂是改善其性能的较为常见手段。掺杂的目的主要是在In2Se3内部的两维层片结构间引进杂质能级，从而改变其能带结构，减小能隙，最终协调半导体材料内部的电输运和热输运。根据掺杂元素或化合物的不同，将形成p-型和n-型