一种BiAgSeTe基热电材料及其制备方法
【专利摘要】本发明是一种BiAgSeTe基热电材料及其制备方法，该材料组分以纯度为99.99%的Bi、Ag、Se及Te单质粉体为原料，以低温固溶技术结合放电等离子烧结制备出BiAgSeTe基高性能热电块体材料。本发明方案能够简便、快捷的制备出BiAgSeTe基块体热电材料，通过优化本材料中元素的配比及工艺参数可以显著提高材料的热电功率因子，基本不增加材料的热导率的基础上，提高材料的热电性能等优点。BiAgSeTe基材料是一种非常有潜力的热电转换材料。
【专利说明】-种Bi AgSeTe基热电材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种BiAgSeTe基热电材料及其制备方法，属于能源材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着人类对环境友好可再生能源的追求，半导体发电及制冷应用研究将会使热电 转换材料微器件对整个社会资源节约和环境保护产生深远的意义，符合人类可持续发展战 略。无论是热电发电，还是热电制冷的应用，都离不开高的发电和制冷效率，决定其效率的 关键因素是材料的热电性能高低。热电材料的性能一般通过无量纲热电优值ZT来表示（ZT = α2〇Τ/κ，其中α、σ、Κ、Τ分别代表材料的Seebeck系数、电导率、热导率和绝对温度， 其中α 2σ为热电性能中的功率因子）。因此好的热电材料应该具有高的Seebeck系数和 低的电阻率、低的热导率以及高的功率因子。目前，提高材料热电性能的方式主要有掺杂改 性、成分控制、组织结构控制等，在提高材料功率因子的情况下，相对不增加热导率，从而提 高材料的热电性能。同时开发新型多元热电材料及工艺合成也是目前热电材料研究重点。
【发明内容】
[0003] 本发明技术方案是在研究Bi - Te二元化合物Bi2Te3及其掺杂改性化合物基础上 衍生的多元化合物作为热电材料过程中提出的，提供了一种BiAgSeTe基热电材料及其制 备方法，BiAgSeTe基热电材料未见国内外相关报道，BiAgSeTe基热电材料的立方结构决定 了它具有较低的热导率，其电学性能相对差些，通过调节不同的Se与Te原子配比可以有效 调节该材料的载流子浓度，提高其电学传输性能，将有利于提高其热电性能。另外，通过对 该材料合成工艺的控制，对优化材料的性能也起到非常重要的作用。BiAgSeTe基热电材料 中，由于Bi、Se和Te金属的熔点低原因，合成过程中极易生成第二相，增加晶介电阻，不利 于本材料体系的热电性能提高，本发明技术方案主要采用低温退火使低熔点金属Bi、Se和 Te等元素固熔，严格调节控制Se、Te原子比，然后通过低温固熔结合放电等离子烧结，在优 化材料热电功率因子的同时，相对不增加热导率，从而达到提高该材料体系热电性能的效 果。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005] 本发明技术方案提出了一种BiAgSeTe基热电材料，其特征在：该材料的化学通式 为：BiAgS ei_xTe1+x，X 的取值范围为-0· 05 ?0· 05。
[0006] 本发明技术方案还提出了 一种制备所述BiAgSeTe基热电材料的方法，其特征在 于：以纯度为99. 99%的Bi、Ag、Se及Te单质粉体为原料，按化学通式的配比称量，用玛瑙 碾钵使原料混合均匀，压制成块体放入真空干燥箱内，干燥温度为200°C，处理时间为48h， 然后将块体踬碎后放入不锈钢球磨罐，加入无水乙醇在400rpm下湿磨12小时，无水乙醇 的加入量为块体体积的5?10倍，然后把磨好的粉体放入60°C真空风箱内干燥24小时， 干燥后的粉体放入石墨模具内，通过放电等离子烧结成块体材料，烧结过程中，升温速度为 80°C?150°C /min，烧结温度为450°C，压力为30Mpa?60Mpa，保温时间3?6分钟，即可 获得BiAgSeTe基热电材料。
[0007] 按化学通式的配比称量原料时，X的取值为0、0. 002、0. 004、0. 008、0. 01、0. 02、 0· 03、0· 04 或（λ 05。
[0008] 本发明的优点是：本发明技术方案能够精确、简洁的制备出一种不同Se、Te原子 配比的BiAgSeTe基块体热电材料。解决热电性能优化过程中，电学性能与热传输性能参数 变化的矛盾性，整体提高材料的热电性能。通过低温固熔，精确控制各个元素的配比含量， 使得在合成块体材料在放电等离子烧结过程中能够调节Se、Te原子比，调控载流子浓度， 在提高电学性能的基础上相对的不增加热导率，提高BiAgSeTe基材料的功率因子。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1为实施例1中工艺合成的BiAgSeTe基热电材料块体的XRD ;
[0010] 图2为实施例1中工艺合成的BiAgSeTe基热电材料块体的SEM ;
【具体实施方式】
[0011] 以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地说详述：
[0012] 以纯度为99. 99 %的Bi、Ag、Se及Te单质粉体为原料，按化学通式BiAgSei_xTe1+x (X 的取值范围为-〇. 05?0. 05)的配比称量，如表1所示。
[0013] 表1 BiAgSeTe基热电材料原料组分及配比
[0014]
【权利要求】
1. 一种BiAgSeTe基热电材料，其特征在：该材料的化学通式为：BiAgSei_ xTe1+x，x的取 值范围为-0. 05?0. 05。
2. 制备权利要求1所述BiAgSeTe基热电材料的方法，其特征在于：以纯度为99. 99% 的Bi、Ag、Se及Te单质粉体为原料，按化学通式的配比称量，用玛瑙碾钵使原料混合均匀， 压制成块体放入真空干燥箱内，干燥温度为200°C，处理时间为48h，然后将块体踬碎后放 入不锈钢球磨罐，加入无水乙醇在400rpm下湿磨12小时，无水乙醇的加入量为块体体积的 5?10倍，然后把磨好的粉体放入60°C真空风箱内干燥24小时，干燥后的粉体放入石墨模 具内，通过放电等离子烧结成块体材料，烧结过程中，升温速度为80°C?150°C /min，烧结 温度为450°C，压力为30Mpa?60Mpa，保温时间3?6分钟，即可获得BiAgSeTe基热电材 料。
3. 根据权利要求2所述的BiAgSeTe基热电材料的方法，其特征在于：按化学通式的配 比称量原料时，X 的取值为 〇、〇· 002、0· 004、0· 008、0· 01、0· 02、0· 03、0· 04 或 0· 05。
【文档编号】H01L35/34GK104218143SQ201410411877
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】刘勇, 田野, 成波, 刘大博 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院