热电材料的制作方法_4

文档序号:8909323阅读:来源:国知局

[0121]此外,S130可以在真空状态中或在包含一些氢气或不包含氢气的气体例如Ar、He和队等流动的情况下进行。
[0122]此外,优选地,S130可以通过将在S120中形成的化合物磨成粉末,并且接着进行加压烧结而进行。在这种情况下,可以提高烧结和测量步骤的便利性并且还可以增大烧结
Fth也/又。
[0123]特别地,包括在根据本公开的热电材料中的含Cu颗粒可以在加压烧结步骤S130期间自发地形成。即,根据本公开的热电材料的含Cu颗粒并非从外界强制引入,而是能够在制造过程期间,特别是烧结步骤期间自发地诱发。因此,根据本公开的含Cu颗粒可以为INDOT (诱发纳米点)。根据本公开的这个方面,在无需要费力引入含Cu颗粒的情况下能够容易地在热电材料中(特别是在晶界处)形成含Cu颗粒。
[0124]根据本公开的热电转换元件可以包括上述热电材料。特别地,与常规热电材料特别是Cu-Se基热电材料相比,根据本公开的热电材料可以在宽温度范围中有效地提高ZT值。因此,根据本公开的热电材料可以代替常规热电转换材料或者可以有效地用于与常规化合物半导体结合的热电转换元件。
[0125]此外,根据本公开的热电材料可以用于设计成用于利用废热源等进行热电发电的热电发电机。即,根据本公开的热电发电机包括根据本公开的上述热电材料。根据本公开的热电材料在宽温度范围(例如100°C至600°C的温度范围)中呈现高ZT值,并且因此,可以更有效地应用于热电发电。
[0126]此外,根据本公开的热电材料可以被制造成块型(bulk-type)热电材料。
[0127]下文中,将通过实施例和比较例详细地描述本公开。然而,本公开的实施例可以采取若干其他形式,并且本公开的范围不应被解释为受下面的实施例限制。提供本公开的实施例以向本公开所属的领域的普通技术人员更充分地说明本公开。
[0128]实施例1
[0129]基于化学式CUu1Se称取粉末形式的Cu和Se,并置于氧化铝研钵中,接着进行混合。将混合的材料置于硬模中,形成颗粒,将该颗粒置于熔凝石英管中,并真空密封。此外,将产物置于箱式炉中,并在500°C下加热15小时,并且在加热之后,将产物缓慢冷却至室温以获得化合物。
[0130]此外,将Cu2^1Se化合物填充在用于热压的硬模中,并且在真空下在650°C的条件中进行热压烧结以获得实施例1的样品。在这种情况下,烧结密度为理论值的至少98%。
[0131]实施例2
[0132]基于化学式Cu2I5Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得实施例2的样品。
[0133]实施例3
[0134]基于化学式CUu5Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得实施例3的样品。
[0135]实施例4
[0136]基于化学式CUu75Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得实施例4的样品。
[0137]实施例5
[0138]基于化学式Cu2.1Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得实施例5的样品。
[0139]实施例6
[0140]基于化学式Cu2.15Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得实施例6的样品。
[0141]实施例7
[0142]基于化学式Cu2.2Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得实施例7的样品。
[0143]比较例I
[0144]基于化学式Cuh8Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得比较例I的样品。
[0145]比较例2
[0146]基于化学式Cuh9Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得比较例2的样品。
[0147]比较例3
[0148]基于化学式Cu2^Se称取粉末形式的Cu和Se,并通过与实施例1相同的过程混合并合成以获得化合物。此外,通过与实施例1相同的过程对该化合物进行烧结以获得比较例3的样品。
[0149]已发现,如图1所示,以这种方式获得的实施例1至实施例7的样品在预定温度下(特别是在100°C至300°C的温度下)具有其中Cu原子和Se原子布置在晶体中的多个不同晶体结构。相比之下,发现比较例I至比较例3的样品在预定温度下不具有其中Cu原子和Se原子布置在晶体中的多个不同晶体结构。
[0150]针对以这种方式获得的实施例1至实施例7的样品和比较例I至比较例3的样品,以预定温度间隔利用LFA457 (Netzsch)测量了热扩散率(TD),并且对于实施例1至实施例7和比较例I至比较例3,在图10中示出了热扩散率(TD)的结果。
[0151]此外,针对实施例1至实施例7的样品和比较例I至比较例3的样品中的每一个样品的不同部分,以预定温度间隔利用ZEM-3 (Ulvac-Riko公司)测量样品的电导率和塞贝克系数,并且对于实施例1至实施例7和比较例I至比较例3,在图11中示出了上述样品的塞贝克系数(S)测量结果。此外,利用各个测量值计算了 ZT值,并且对于实施例1至实施例7和比较例I至比较例3,在图12中示出了 ZT值的结果。
[0152]首先,参照图10的结果,可以看出,与根据比较例I至比较例3的在预定温度下不具有多个不同晶体结构的热电材料相比,根据实施例1至实施例7的在预定温度下具有多个不同晶体结构的热电材料在100°C至700°C的整个温度测量范围内具有非常低的热扩散率。
[0153]特别地,可以看出,根据本公开的实施例的样品在100°C至600°C的整个温度范围内的热扩散率低于或等于0.5mm2/s,优选地,低于0.4mm2/s,与比较例的样品相比显著较低。
[0154]接着,参照图11的结果,可以看出,根据本公开的实施例1至实施例7的热电材料在100°C至700°C的整个温度测量范围内的塞贝克系数与比较例I至比较例3的热电材料相比高很多。
[0155]此外,参照图12的结果参见每个样品的ZT值,根据本公开的实施例1至实施例7的热电材料的ZT值与比较例I至比较例3的热电材料相比显著较高。
[0156]特别地,根据比较例的热电材料在低于500°C的温度范围中一般具有非常低的ZT值,并且此外,在100°C至300°C的低温范围中具有低于或等于0.2的ZT值。
[0157]相比之下,可以看出,当与比较例相比时,根据本公开的实施例的热电材料在低于5000C的低温范围和中间温度范围中以及高于或等于500°C的高温范围中具有非常高的ZT值。
[0158]简而言之,实施例1至实施例6的热电材料显示在600°C下与比较例I至比较例3的热电材料相比ZT值高约两倍的性能改进。
[0159]更具体地,比较例的热电材料在100°C的温度条件下一般呈现ZT值为0.15至0.1或更低的非常低的性能,然而根据本公开的实施例的热电材料在100°c的温度条件下呈现0.3至0.4或更高的高性能。
[0160]此外,在200°C的温度条件下,比较例的热电材料与在100°C的情况下类似呈现0.15至0.1或更低的非常低的ZT值,然而根据本公开的实施例的热电材料呈现0.4或更高到最大值0.5至0.7的高ZT值。
[0161]此外,在300°C的温度条件下,比较例的热电材料呈现接近约0.1至0.2的ZT值,然而根据本公开的实施例的热电材料均呈现0.6或更高到最大值0.7至0.8或更高的值,其间具有大的差异。
[0162]此外,在400°C的温度条件下,比较例的热电材料呈现0.1至0.2到最高值约0.35的ZT值,然而根据本公开的实施例的热电材料均呈现高于或等于0.7的值,并且其大部分呈现0.8到最大值1.0至1.2的高值。
[0163]此外,在500°C的温度条件下,可以看出,比较例的热电材料呈现低于或等于约0.5的值,然而根据本公开的实施例的热电材料呈现0.6或更高到最大值1.0至1.4的非常高的ZT。
[0164]此外,在600°C的温度条件下,比较例I至比较例3的热电材料一般呈现0.4至0.9的ZT值,然而根据本公开的实施例1至实施例5的热电材料呈现1.4至1.7的非常高
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