专利名称：甩带法制备(AgSbTe<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(GeTe)<sub>100-x</sub>基热电材料的方法
技术领域：
本发明涉及半导体热电材料(AgSbTe2)x(GeTe)1()()_x基热电材料的制备方法。
背景技术：
热电材料是一种通过载流子(电子或空穴)的运动实现电能和热能直接相 互转换的半导体材料。当热电材料两端存在温差时，热电材料能将热能转化为 电能输出；或反之在热电材料中通以电流时，热电材料能将电能转化为热能， 一端放热而另一端吸热。热电材料在制冷或发电等方面有广泛的应用背景。用 热电材料制造的发电装置可为空间航天器、短程通讯装置、植入生物体内的小 型发电装置提供能源，或用于工业余热、废热发电领域。若转换效率进一步提 高，则可进一步将其应用于太阳热发电系统，大大简化太阳热发电系统中能量 转换部件的结构进而降低成本。用热电材料制造的制冷装置体积小、不需要化 学介质，其制冷技术己达到准确控制温度和湿度的水平，可应用于小型计算机 芯片和微电子元件、航空航天器件和超导系统的冷却及便携式小型制冷设备的 开发等方面。用热电材料制造的装置具有无机械运动部件、无噪声、免维护等 突出优点，具有很好的环保性。
热电材料的性能用"热电优值"zr表征zr = (^a//r)xT。这里"是材料
的热电势系数，d是电导率，K是热导率。(AgSbTe2)x(GeTe)跳x基热电材料，其 中5^c《0，作为一种传统的热电材料，兼具高的电学性能和较低的热导率，因 而具有相对较高的热电优值。若进一步的调控(AgSbTe2)x(GeTe)KH)-x基热电材料 的微观结构和减小晶粒尺寸，有望获得更好性能的热电材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种甩带法制备(AgSbTe2)x(GeTe^,基热电材料的方 法，以提高(AgSbTe2)《GeTe)跳x基热电材料的热电性能。
本发明的甩带法制备(AgSbTe2)x(GeTe)，.x基热电材料的方法，5^x^30，其 步骤如下
1) 将事先己经熔炼好的(AgSbTe2)x(GeTe)刚.x块体装入下端开口的石英玻璃 管内，然后竖直置于甩带机腔体的感应熔炼线圈中，腔体抽真空，通过甩带机 储气罐向腔体充保护气体氩气；
2) 调节储气罐的气压大于等于腔体气压，使感应熔化后的 (AgSbTe￡UGeTe)1()().x材料落至甩带机腔体内旋转的铜辊表面甩出；3)收集甩带产物，压制成型。
本发明方法利用储气罐与腔体之间的气压差或样品自身重力，使感应熔化 后的样品落至铜辊表面，为了防止感应熔化的样品落至铜辊上向四周溅射，提
高甩带效果， 一般控制储气罐与腔体的气压差为OMPa《Ap幼.10MPa，甩带机 铜辊旋转的表面线速度为10m/s^v^50m/s。
本发明通过甩带工艺使样品的晶粒明显细化，尺寸小于未经甩带的样品， 增加了材料电子和声子的散射，虽然电导率有所下降，但塞贝克系数大大上升， 同时热导率明显下降，从而提高了材料的热电优值。
图1是(AgSbTe2;h5(GeTe)85热电材料熔炼后真空热压成型(M-HP)和甩带 后真空热压成型(MS-HP)的电导率比较图2是(AgSbTe2^(GeTe)85热电材料熔炼后真空热压成型(M-HP)和甩带 后真空热压成型(MS-HP)的塞贝克系数比较图3是(AgSbTe2)^GeTe)85热电材料熔炼后真空热压成型(M-HP)和甩带 后真空热压成型(MS-HP)的热导率比较图4是(AgSbTe2;h5(GeTe)85热电材料熔炼后真空热压成型(M-HP)和甩带 后真空热压成型(MS-HP)的热电优值(ZT)比较图；
具体实施例方式
实施例1:
1) 将事先己经熔炼好的(AgSbTe2:h5(GeTe)85块体装入下端开口的石英玻璃管 内，然后竖直置于甩带机腔体的感应熔炼线圈中，腔体抽真空，通过甩带机储 气罐向腔体充保护气体氩气；
2) 调节储气罐气压与腔体气压分别为0.06MPa和0.04MPa，使两者气压差 为0.02MPa。甩带机铜辊表面线速度为30m/s，感应熔化后的(AgSbTe2)is(GeTe)85 材料由于气压差落至铜辊表面甩出；
3) 收集甩带产物，在500°C、 80MPa压力下真空热压成型，得到 (AgSbTe2)15(GeTe)85热电材料。
材料的热导率^根据采用Netzsch LFA-457型激光脉冲热分析仪测量的热扩 散系数、采用Netzsch DSC-404型差分比热仪测量的比热以及材料的密度计算得 到。材料的塞贝克系数"采用Agilent 34970A数据采集仪测量给定温差试样两端 电势差计算得到，材料的电导率魂用四电极法测量。材料的热电优值ZT根据 上述测量值计算得到。本例制得的(AgSbTe2)15(GeTe:)85热电材料与普通熔炼热压制得的 (AgSbTe2;h5(GeTe)85热电材料的电导率、塞贝克系数、热导率、热电优值(即ZT 值)的比较如图所示，从图1可见，甩带热压样品的电导率明显降低，从图2 可见，甩带热压样品的塞贝克系数明显的提高，从图3可见，甩带热压样品的 热导率有了明显的降低，从图4可见，甩带热压样品的的ZT值得到了有效的提 高。
实施例2:
1) 将事先己经熔炼好的(AgSbTe2)3o(GeTe)7()块体装入下端开口的石英玻璃管 内，然后竖直置于甩带机腔体的感应熔炼线圈中，腔体抽真空，通过甩带机储 气罐向腔体充保护气体氩气；
2) 调节储气罐气压与腔体气压均达到0.06MPa使两者气压差为0。甩带机 铜辊表面线速度为10m/s,感应熔化后的(AgSbTe2)3o(GeTe)7o材料由于自身重力 落至铜辊表面甩出；
3) 收集甩带产物，在500°C、 80MPa压力下真空热压成型，得到 (AgSbTe2)3()(GeTe)7o热电材料。该热电材料在450。C时的热电优值ZT比熔炼热 压的样品提高了0.15。
实施例3:
1) 将事先己经熔炼好的(AgSbTe2)5(GeTe)95块体装入下端开口的石英玻璃管 内，然后竖直置于甩带机腔体的感应熔炼线圈中，腔体抽真空，通过甩带机储 气罐向腔体充保护气体氩气；
2) 调节储气罐气压与腔体气压差为O.lMPa。甩带机铜辊表面线速度为 50m/s，感应熔化后的(AgSbTe2)"GeTe)95材料由于气压差落至铜辊表面甩出；
3) 收集甩带产物，在500°C、 80MPa压力下真空热压成型，得到 (AgSbTe2)5(GeTe)95热电材料。该热电材料在45(TC时的热电优值ZT比熔炼热压 的样品提高了 0.2。
权利要求
1.甩带法制备(AgSbTe2)x(GeTe)100-x基热电材料的方法，5≤x≤30，其步骤如下1)将事先己经熔炼好的(AgSbTe2)x(GeTe)100-x块体装入下端开口的石英玻璃管内，然后竖直置于甩带机腔体的感应熔炼线圈中，腔体抽真空，通过甩带机储气罐向腔体充保护气体氩气；2)调节储气罐的气压大于等于腔体气压，使感应熔化后的(AgSbTe2)x(GeTe)100-x材料落至甩带机腔体内旋转的铜辊表面甩出；3)收集甩带产物，压制成型。
2. 根据权利要求1所述的甩带法制备(AgSbTe2MGeTe)n基热电材料的方 法，其特征在于储气罐与腔体的气压差为0MPa^Ap幼.10MPa。
3. 根据权利要求1所述的甩带法制备(AgSbTe2)x(GeTe)跡x基热电材料的方 法，其特征在于铜辊旋转的表面线速度为10m/s^v《50m/s。
全文摘要
本发明公开的甩带法制备(AgSbTe<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(GeTe)<sub>100-x</sub>基热电材料的方法，5≤x≤30，步骤如下将事先已经熔炼好的(AgSbTe<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(GeTe)<sub>100-x</sub>块体装入下端开口的石英玻璃管内，然后竖直置于甩带机腔体的感应熔炼线圈中，腔体抽真空，通过甩带机储气罐向腔体充保护气体；调节储气罐的气压大于等于腔体气压，使感应熔化后的(AgSbTe<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(GeTe)<sub>100-x</sub>材料落至旋转的铜辊表面甩出；收集甩带产物，压制成型。本发明通过甩带工艺使样品的晶粒尺寸小于未经甩带的样品，增加了电子和声子的散射，塞贝克系数大大上升，同时热导率明显下降，从而提高了材料的热电优值。
文档编号B28B1/00GK101579885SQ200910099268
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月27日 优先权日2009年5月27日
发明者张胜楠, 朱铁军, 杨胜辉, 赵新兵, 怡 陈 申请人:浙江大学