专利名称：一种填充方钴矿基复合材料及其制备方法
一种填充方钴矿基复合材料及其制备方法技术领域
本发明属于热电材料领域，具体地涉及一种具有优异热电性能的填充方钴矿基复 合材料及其制备方法。
背景技术：
热电转换技术是一种利用材料的塞贝克(kebeck)效应将热能直接转换成电能、 或利用材料的帕尔帖(Peltier)效应进行制冷的技术，该技术具有无运动部件、可靠性高、 寿命长和环境友好等特点，可广泛应用于废热发电、航空航天的电源、医疗卫生制冷、家用 制冷电器等领域。热电转换效率主要取决于材料的无量纲热电性能因子ZT(ZT = S2oT/K , 其中S为Seebeck系数，σ为电导率，κ为热导率，T为绝对温度)。材料的ZT值越高，热 电转换效率越高。
当ρ型和η型的热电材料被组装成热电器件后，器件的热电转换效率与温差和在 整个冷热端温度范围内的平均Z值紧密相关。最大热电转换效率如下式所示
权利要求
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括 如下式(I)所示的填充方钴矿基体；IyCo4Sb12(I)，其中，I 至少为 Yb、Eu、Ce、La、Nd、Ba 和 Sr 中的一种， 0. 05彡y < 1，以及分布在所述填充方钴矿基体内的feiSb颗粒，其中，所述复合材料中含有0. 05-5mol% 的( 颗粒。
2.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述0.1 < y < 0. 5。
3.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述feiSb颗粒为纳米(iaSb颗粒。
4.如权利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述feiSb颗粒为平均颗粒尺寸在 2nm-50nm之间的纳米Ga釙颗粒。
5.如权利要求1或2所述的材料，其特征在于，所述feiSb颗粒为平均颗粒尺寸在 5nm-30nm之间的纳米Ga釙颗粒。
6.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述feSb颗粒以晶内型的形式分布在填充 方钴矿基体的晶粒内，或以晶间型的形式分布在填充方钴矿基体的晶界上，或以晶内型和 晶间型的形式同时分布在填充方钴矿基体晶粒内和基体晶界上。
7.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述I为％。
8.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述I为Ce、Ba或其组合。
9.如权利要求1所述的材料，其特征在于，所述复合材料中含有0.1-2. Omol %的(iaSb 颗粒。
10.如权利要求1的材料，其特征在于，所述复合材料中含有1.0-2. Omol %的(iaSb颗粒。
11.一种制备如权利要求1所述的复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤 获得I、Co、Sb和( 的熔融混合物，其中I至少为Yb、Eu、Ce、La、Nd、Ba和Sr中的一种，所述熔融混合物进行淬冷，形成固态基体材料(solid bulk material)； 所述固态基体材料进行退火；得到退火的固态基体材料； 所述退火的固态基体材料制成粉末； 所述粉末烧结(consolidating)形成所述复合材料。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述熔融混合物在熔融温度1000-120(TC 下进行熔融混合。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，淬冷时采用选自空气、水、盐水、油或液氮 的淬冷介质。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，淬冷时采用旋甩(Meltspinning)法，其 中冷却速率在50°C -IO6oC /秒之间。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，退火时采用400-850°C的退火温度。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述退火的固态基体材料进行研磨，从 而制成粉末。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，采用加压烧结法使得所述粉末烧结，形成 所述复合材料。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，采用热压烧结法或放电等离子烧结法使 得所述粉末烧结，形成所述复合材料。
19.一种提高热电材料的ZT值的方法，所述热电材料含有如下式(I)所示的填充方钴 矿基体；IyCo4Sb12(I)，其中，I 至少为 Yb、Eu、Ce、La、Nd、Ba 和 Sr 中的一种，0. 05 ^ y < 1,其中，所述方法包括如下步骤在所述填充方钴矿基体内形成feiSb颗粒，得到feiSb颗粒的含量为0. 05-5mol %的填充 方钴矿基体与feiSb颗粒的复合材料。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，0.1 < y < 0. 5。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，feSb颗粒的含量为复合材料的 0. l-anol%。
22.—种制备含有如下式(I)所示的填充方钴矿基体的材料的方法；IyCo4Sb12(I)，其中，I 至少为 Yb、Eu、Ce、La、Nd、Ba 和 Sr 中的一种，0. 05 ^ y < 1,其中，所述方法包括如下步骤在所述填充方钴矿基体内形成feiSb颗粒，得到feiSb颗粒的含量为0. 05-5mol %的填充 方钴矿基体与feiSb颗粒的复合材料。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，0.1 < y < 0. 5。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，feSb颗粒的含量为复合材料的 0. l-anol%。
全文摘要
本发明提供了一种复合材料，所述复合材料包括如下式(I)所示的填充方钴矿基体；IyCo4Sb12 (I)，其中，I至少为Yb、Eu、Ce、La、Nd、Ba和Sr中的一种，0.05≤y＜1，所述复合材料还包括分布在所述填充方钴矿基体内的GaSb颗粒，其中所述复合材料中含有0.05-5mol％的GaSb颗粒。所述复合材料相比未复合纳米GaSb相的热电材料基体而言，材料的Seebeck系数大幅度提高，总热导率略有下降，热电性能指数ZT值在高低温整个温区范围内得到大幅提高，材料的热电转换效率也得到较大改进。本发明工艺简单、容易控制、产业化前景好。
文档编号C22C12/00GK102031416SQ200910196619
公开日2011年4月27日 申请日期2009年9月28日 优先权日2009年9月28日
发明者何琳, 张文清, 熊震, 陈喜红, 陈立东, 黄向阳 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所, 康宁股份有限公司