一种具有核‑壳结构的Bi‑Te基热电材料的制备方法与流程

一种具有核-壳结构的Bi-Te基热电材料的制备方法一、技术领域本发明涉及热电材料制备领域，具体地说是一种具有核-壳结构的Bi-Te基热电材料的制备方法。二、

背景技术：
热电材料是将热能和电能相互转换的一类功能材料，其利用Seebeck效应可将热能直接转化成电能—温差发电，或利用Peltier效应通过电能驱动实现热量从冷端向热端的输运—热电制冷。一方面热电材料可在无环境污染的条件下将工业余热、太阳能、地热等热源得以有效利用，另一方面工作无噪音、无排放、安全不失效特点可使其应用于日常生活以及军事、信息等高技术领域。由于人类对缓解能源危机和治理环境污染两方面的迫切需要，研究和开发热电功能材料已成为各国发展战略及材料、物理等领域的必然和紧迫任务。目前，国内外研究报道的热电材料制备方法较多的是水热法、机械合金化、薄膜法、低维化法、掺杂法、氧化物合成法等。武汉理工大学(国家发明专利CN104671222A)采用铟单质作为助燃剂促进发生自蔓延燃烧合成反应，制备Sb2Te3基热电粉体，再进行等离子体放电烧结，热电优值ZT提升至0.71。北京科技大学(国家发明专利CN101656292A)采用造孔剂溶解铋碲基纳米粉末再进行等离子体放电烧结，烧结过程中利用造孔剂的升华挥发，在块体材料中形成纳米孔洞结构。但现有制备热电材料的方法普遍存在工艺复杂、成本较高、处理时间较长、难以批量生产的问题。三、

技术实现要素：
为避免上述现有技术所存在的不足之处，本发明旨在提供一种具有核-壳结构的Bi-Te基热电材料的制备方法，所要解决的技术问题是提高传统Bi-Te基热电材料热电转换效率和力学性能。本发明解决技术问题，采用如下技术方案：本发明具有核-壳结构的Bi-Te基热电材料的制备方法，其特点在于包括如下步骤：(1)制备Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体对粒径不大于100μm的Bi0.5Sb1.5Te3热电粉末进行活化，然后干燥；将活化的Bi0.5Sb1.5Te3热电粉末加入化学镀镀液中，60℃下对化学镀镀液进行超声水浴，完成包覆；然后过滤、洗涤并干燥，所得粉体在氢气中还原，即获得具有Cu镀层的Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体；所述化学镀镀液是由硫酸铜、甲醛和乙二胺四乙酸二钠混合构成的水溶液，并通过氢氧化钠调节pH至12；(2)制备具有核-壳结构的Bi-Te基热电材料将步骤(1)所制备的Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体以10MPa的单位压力压制得到压坯；将所述压坯置于放电等离子烧结炉中，在Ar保护下，20～60MPa的压力下，以60℃/min的升温速率升温至400-450℃，烧结3-5min，即获得具有核-壳结构的Bi0.5Sb1.5Te3-Cu块体热电材料。其中，所述Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体中Cu镀层的厚度通过化学镀镀液中硫酸铜的浓度进行控制。步骤(1)在氢气中还原的还原温度300℃，还原时间1-1.5小时。与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：与目前水热合成制备方法相比，本发明的方法所得Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体中Cu镀层的成分可控，且制粉量大、速度快、粉体镀层均匀；此外，本发明的处理工艺较简单、设备成本较低；所制备的具有核-壳结构的Bi-Te基热电材料热导率低、电导率高，且ZT值和硬度同时获得提升。四、附图说明图1为本发明实施例1所得Bi0.5Sb1.5Te3-Cu(0.22wt.％)块体热电材料与不含铜(0wt.％)的Bi0.5Sb1.5Te3块体热电材料的热电传输性能对比图：(a)塞贝克系数和电导率，(b)功率因子，(c)热导率，(d)ZT值；图2为本发明实施例2所得Bi0.5Sb1.5Te3-Cu(0.05.％)块体热电材料与不含铜(0wt.％)的Bi0.5Sb1.5Te3块体热电材料的热电传输性能对比图：(a)塞贝克系数和电导率，(b)功率因子，(c)热导率，(d)ZT值；图3为本发明实施例3所得Bi0.5Sb1.5Te3-Cu(0.15wt.％)块体热电材料与不含铜(0wt.％)的Bi0.5Sb1.5Te3块体热电材料的热电传输性能对比图：(a)塞贝克系数和电导率，(b)功率因子，(c)热导率，(d)ZT值。五、具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1：本实施例按如下步骤制备具有核-壳结构的Bi-Te基热电材料：(1)制备Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体取粒径不大于100μm的Bi0.5Sb1.5Te3热电粉末为基体粉末，在浓度为5％的硝酸溶液中超声水浴30分钟，之后沉淀，并用去离子水冲洗3遍，在50℃下干燥4小时，得到活化的Bi0.5Sb1.5Te3热电粉末。将活化的Bi0.5Sb1.5Te3热电粉末加入化学镀镀液中，在60℃下对化学镀镀液超声水浴30分钟，包覆粉末；然后沉淀，并用去离子水冲洗3遍，随后在50℃下干燥4小时，所得粉体在氢气中300℃下还原1小时，即获得具有Cu镀层的Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体；化学镀镀液包括5g/L的硫酸铜、7mL/L的甲醛和20g/L的乙二胺四乙酸二钠，且使用氢氧化钠调节pH至12。(2)制备具有核-壳结构的Bi-Te基热电材料将步骤(1)所制备的Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体以10MPa的单位压力压制得到压坯；将压坯置于放电等离子烧结炉中，在Ar气氛中，40MPa的压力下，以60℃/min的升温速率升温至400℃，烧结3min，即获得具有核-壳结构的Bi0.5Sb1.5Te3-Cu块体热电材料。本实施例所制备的具有Cu镀层的Bi0.5Sb1.5Te3-Cu核-壳结构粉体，Cu在整个粉体中质量比含量达到0.22wt.％；所制得的压坯在400℃温度下烧结3mi...