专利名称：基于氧化锡的热电材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及掺杂的基于锡的氧化物以及它们作为热电材料的用途，特别是在汽车发动机领域的用途。
背景技术：
粗略来说，制造业消耗的1/3的能量是作为热损失排放到大气或者冷却系统中。这些排放是由于工艺效率低下以及制造工厂无法利用多余能量所造成的结果。认为一部分的废热可用于废热回收，考虑热电技术来回收工业过程废能量并将其转化为有用电能。热电材料发现于1821年，它们是半导体固体，当连接到一起并在接头处设置温差时，可产生电流。从根本上说，热电性涉及所谓的塞贝克和帕尔贴效应(Seebeck andPeltier effects)。这些效应中的第一个效应产生于某些材料的性质,这种性质是在处于热梯度AT (用开尔文度数表示)的固体末端之间产生电势V (用伏特表示)。塞贝克系数是这种诱导电势的量度，通过以下方程式表示:
S=V/ Δ T通常用μν/Κ表示。塞贝克系数可以是正值(P材料)或负值(η材料)，取决于固体中载荷子的性质和迁移率。这种性质一般用来从热源收集电能。帕尔贴效应是相反的现象，即在处于电势下的材料中产生温度梯度。它一般用于冷却设备。对于能量生产来说，几对η材料和P材料通常必须串联组装，以产生用于所需应用的足够电压。从材料的角度看，制造有效的热电发电机所需的性质是:-高塞贝克S绝对值，为了得到显著的电压，ρ(+)材料或η(_)材料都是如此；-高电导率σ，以输送足够的强度；-低热导率K，以在得到电压的源头维持热梯度。为了综合表达对前述三种参数的要求，可用以下形式表达材料的性能系数(ZT):
权利要求
1.一种热电材料，其包含化学式为Sn1^ZnxMyO2的氧化物基质，该氧化物基质中分散有ZnSn2O4区域，其中: M是选自1；和他的金属，以及 X和y分别表示Zn和M的重量百分数，x和y分别都不是0，并且0.76 ( Ι-χ-y < 0.99。
2.如权利要求1所述的热电材料，其特征在于，以所述材料的总重计，其中所述ZnSn2O4的含量范围约为1-25重量％，优选约为5-20重量％。
3.如权利要求1所述的热电材料，该热电材料可通过包括如下步骤的方法获得: a)制备包含约85-95重量％Sn02、约2.5-15重量％ZnO以及约0.05-5重量％M205的混合物，其中M的定义同权利要求1，应理解Sn02、ZnO和M2O5的含量总和为100% ； b)在约为1000-1400°C，优选约为1200-1400° C的温度范围烧结所得混合物。
4.如权利要求3所述的热电材料，其特征在于，步骤a)中的混合物包含约90-95重量％Sn02、约5-10重量％ZnO以及约0.1-2重量％M205，应理解Sn02、ZnO和M2O5的含量总和为 100%ο
5.如权利要求4所述的热电材料，其特征在于，在步骤a)中向Sn02、Zn0和M2O5的混合物加入成孔剂，其中，所述成孔剂与混合的氧化物的重量比在约5/95至约15/85的范围内。
6.如权利要求5所述的热电材料，其特征在于，所述成孔剂的粒径范围约为IOOnm至约100 μ m，优选约为 5-70 μ m。
7.如权利要求5中任 一项所述的热电材料，其特征在于，在烧结前将所述氧化物与成孔剂的混合物压制成球粒。
8.一种制备热电材料的方法，所述方法包括以下步骤: a)制备包含约85-95重量％Sn02、约2.5-15重量％ZnO以及约0.05-5重量％M205的混合物，其中M是选自Ta和Nb的金属，应理解Sn02、ZnO和M2O5的含量总和为100% ； b)在约为1000-1400°C，优选约为1200-1400° C的温度范围烧结所得混合物。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤a)中向Sn02、Zn0和M2O5的混合物加入成孔剂，其中，所述成孔剂与混合的氧化物的重量比在约5/95至约15/85的范围内。
10.一种热电装置，其包含权利要求1-7中任一项所述的热电材料。
11.一种包含热电材料的热电装置，所述热电材料包含化学式为Sn1TyZnxMyO2的氧化物基质，该氧化物基质中分散有ZnSn2O4区域，其中: M是选自Ta和Nb的金属，以及 X和y分别表示Zn和M的重量百分数，x和y分别都不是0，并且0.76 ( Ι-χ-y < 0.99。
12.如权利要求11所述的热电装置，其特征在于，以所述材料的总重计，其中所述ZnSn2O4的含量范围约为1-25重量％，优选约为5_20重量％。
13.如权利要求11所述的热电装置在汽车发动机废热回收中的用途。
全文摘要
本发明涉及一种包含与选自Ta和Nb的金属掺杂的锌基和锡基氧化物的热电材料。本发明还涉及包含此类热电材料的热电装置及其废热回收用途。
文档编号C04B35/457GK103180263SQ201180051384
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月3日 优先权日2010年10月27日
发明者M·纳萨拉利 申请人:康宁股份有限公司