热电材料的制作方法_2

文档序号:8909323阅读:来源:国知局
其中Cu原子和Se原子布置在晶体中的至少两种类型的晶体结构的形式存在。
[0051]特别地,根据本公开的热电材料在100°C至300°C的温度范围内的预定温度下具有多种不同晶格结构。
[0052]图1是根据本公开一个示例性实施方案的热电材料的基于温度的X射线衍射(XRD)分析结果的图。
[0053]更具体地,图1是针对作为本公开的实施例的在组成方面由化学式Ci^1Se表示的热电材料,在25 °C、50 0C、100°C、150 °C、200 V、250 V、300 V和350 V的相应温度条件中测量的XRD图。
[0054]此外,在图1中,针对对应于立方Fm-3m、立方F-43m、单斜C2/C和Cu立方Fm-3m四个相的每个峰提供了典型表示。例如,在图1中,与立方Fm-3m晶体结构对应的峰由方形符号表示,与立方F-43m晶体结构对应的峰由倒三角形符号表示,与单斜C2/C晶体结构对应的峰由星形符号表示,并且与Cu立方Fm-3m晶体结构对应的峰由斜方形(trapezoid)符号表不。
[0055]参照图1,在25°C和50°C下,除了与单独存在的Cu颗粒的立方结构(Cu立方Fm-3m)对应的峰之外,可以看出,仅主要出现了与单斜晶体结构(单斜C2/C)对应的峰。因此,对于根据本公开的热电材料,可以看出,由Cu原子和Se组成的晶体在低于或等于50°C的温度下处于单斜结构(单斜C2/C)的单相。
[0056]然而,参见在100°C下的测量结果,发现了与立方晶体结构对应的峰以及与单斜晶体结构对应的峰。即,在100°C下,单斜晶体结构为主要结构,但可以发现立方晶体结构。因此,根据本公开的热电材料可以在100°c的温度条件下同时具有包括单斜晶体结构和立方晶体结构的多种晶体结构。
[0057]此外,在图1的实施方案中,作为与立方晶体结构对应的峰,不同空间群的两种立方晶体结构(立方Fm-3m、立方F-43m)的峰均可以观察到。因此,根据本公开的热电材料可以在100°C的温度条件下具有包括一种类型的单斜晶体结构(单斜C2/C)和两种类型的立方晶体结构的晶体结构。在这种情况下,根据本公开的这个方面的热电材料可以在100°C的温度条件下具有其中Cu原子和Se原子布置在晶体中的至少三种晶体结构。
[0058]此外,在温度从50°C升高至100°C的情况下,根据本公开的热电材料能够易于在单斜晶体结构的一些部分中产生从单斜晶体结构至两种类型的立方晶体结构的相变。
[0059]此外,参见在150°C、200°C和250°C下的测量结果,可以看出对应于单斜相的峰几乎消失并且仅主要发现两种对应于立方相的峰。因此,根据本公开的热电材料可以在1150°C至250°C中(特别是在150°C、200°C和250°C中的至少一个温度条件中)具有其中Cu原子和Se原子布置在晶体中的不同空间群的两种类型立方晶体结构(立方Fm-3m、立方F-43m)。此外,在这种情况下,两种类型的立方晶体结构的空间群可以分别由Fm-3m和F-43m表示。
[0060]因此,在温度从100°C升高至150°C的情况下,根据本公开的热电材料能够易于在单斜晶体结构的大部分中产生从单斜晶体结构至立方晶体结构的相比。
[0061]此外,参照图1的测量结果,根据本公开的热电材料可以在温度从150°C升高至200°C的情况下具有相对增大的F-43m立方晶体结构的比例。
[0062]此外,参照图1的测量结果,根据本公开的热电材料可以在温度从200°C升高至250°C的情况下具有相对增大的F-43m立方晶体结构的比例。
[0063]同时,根据图1的测量结果,可以看出,在300°C和350°C下仅主要出现了对应于立方Fm-3m相的峰。因此,可以看出,根据本公开的热电材料在高于或等于300°C的温度下为立方Fm-3m单晶结构的形式。此外,根据该结果,可以看出,根据本公开的热电材料在温度从250°C升高至300°C的情况下只是Fm-3m立方晶体结构的单相,而F_43m立方晶体结构消失。
[0064]如XRD测量结果所示,根据本公开的热电材料可以在100°C至300°C的温度范围内的预定温度条件下同时具有多个不同晶体结构,其中Cu原子和Se原子布置在该晶体中。
[0065]优选地,根据本公开的一个方面的热电材料在组成方面可以由如下化学式I表示:
[0066]<化学式1>
[0067]CuxSe
[0068]其中X为正有理数。
[0069]优选地,在化学式I中,2 < X彡2.6。
[0070]更优选地,在化学式I中,可以满足X彡2.2的条件。特别地,在化学式I中,X
< 2.2o
[0071]更优选地,在化学式I中,可以满足X彡2.15的条件。
[0072]特别地,在化学式I中,可以满足X彡2.1的条件。
[0073]此外,优选地,在化学式I中,可以满足2.01 ^ X的条件。特别地,在化学式I中,
2.01 < X0
[0074]更优选地,在化学式I中,可以满足2.025 < X的条件。在这些条件下,根据本公开的热电材料的热电转换性能可以进一步提高。
[0075]特别地,在化学式I中,可以满足2.04 < X的条件。
[0076]优选地,在化学式I中,可以满足2.05彡X的条件。
[0077]更优选地,在化学式I中,可以满足2.075 ( x的条件。
[0078]同时,在由化学式I表不的热电材料中可以包括一部分第二相,并且其量可以根据热处理条件而变化。
[0079]此外,根据本公开的一个方面的热电材料包括:包含Cu和Se的Cu-Se基质;和含Cu颗粒。在此,含Cu颗粒表示包含至少Cu的颗粒,并且可以包括包含仅Cu的颗粒和包含Cu和除Cu以外至少一种元素的颗粒。
[0080]优选地,含Cu颗粒可以包括具有单一 Cu组成的Cu颗粒和具有Cu-O键的Cu氧化物(诸如,例如Cu2O颗粒)中至少之一。
[0081]特别地,根据本公开的热电材料可以包含诱发纳米点(induced nano-dot, INDOT)作为含Cu颗粒。在此,INDOT可以表示在制造根据本公开的热电材料期间自发生成的纳米级(例如,直径为I纳米至100纳米的尺寸)颗粒。S卩,在本公开中,INDOT可以为在制造热电材料期间在该热电材料内自行诱发的颗粒,而不是人为地从外部引入到该热电材料中的颗粒。
[0082]此外,在本公开中,纳米点或INDOT可以存在于半导体的晶界处。另外,在本公开中,INDOT可以在制造热电材料期间特别是在烧结期间在晶界处生成。在这种情况下,包括在根据本公开的热电材料中的INDOT可以被限定为在烧结期间在半导体晶界处自发地诱发的纳米点(在晶界上的诱发纳米点)。在这种情况下,根据本公开的热电材料可以包含Cu-Se 基质和 INDOT。
[0083]基于在组成方面的所述化学式,根据本公开的热电材料可以包含与常规Cu-Se基热电材料相比较大量的Cu。在这种情况下,Cu的至少一部分不与Se形成基质,并且可以作为单一元素单独存在或以与其他元素(例如氧)组合的方式存在,并且单独存在或以与其他元素组合的方式存在的Cu可以以纳米点的形式被包括。参照实验结果提供其详细描述。
[0084]图2是根据本公开的示例性实施方案的热电材料的XRD分析结果的图,并且图3是图2的部分A的放大图。
[0085]更具体地,图2和图3示出了作为本公开的实施例的如下热电材料(通过与下面的实施例2至实施例5相同的方法制造)的XRD图谱分析的图(X轴单位:度):该热电材料如在组成方面由CuxSe (X = 2.025、2.05、2.075、2.1)所表示的包含元素Cu和Se并且在预定温度下同时具有多个不同晶体结构,其中Cu原子和Se原子布置在该晶体中。特别地,为了易于区分,在图2中,每个实施例的XRD图谱分析图沿垂直方向互相间隔开预定距离。此外,为了便于比较,在图3中,每个实施例的图没有互相间隔开且互相交叠。此外,在图3中,B表示单一 Cu组成处产生的Cu峰。
[0086]参照图2和图3,可以看出,随着CuxSe中的铜的相对含量或x从2.025逐渐增加至2.05、2.075和2.1,Cu峰的高度逐渐增大。因此,根据XRD分析结果,可以发现,随着x逐渐增大(大于2),过量的Cu不与Se形成基质(例如CuxSe),而且单独存在。
[0087]同时,存在的未与Se形成基质的Cu可以为纳米点的形式。此外,该含Cu纳米点可以以在热电材料内(特别是在Cu-Se基质的晶界处)互相聚集的方式存在。
[0088]图4至图8是示出根据本公开的示例性实施方案的热电材料的扫描电子显微镜/能量色散光谱仪(SEM/EDS)分析结果的图。
[0089]更具体地,图4是作为本公开的一个实施例的如下热电材料的一部分的SM图像:该热电材料由化
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