一种热电界面材料及其制备方法、热电器件

本发明涉及无机块体热电，尤其涉及一种热电界面材料及其制备方法、热电器件。

背景技术：

1、热电材料是一类能将低品质的热能直接转换为高品质的电能(seebeck效应)、或直接由电能产生制冷制热作用(peltier效应)的功能材料。材料具有性能可靠、无噪声、无磨损、易于小型化、移动灵活等优点。可以将其用于制备热电器件，目前bi2te3热电装置是目前市场上成熟的热电技术产品，具有高的热点优值(zt)，但也存在稀土元素te的稀缺性和电极接触界面的脆弱性等问题，限制了其广泛应用。

2、因此，现有热电器件制备技术还有待于进一步的改进和提升。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种热电界面材料及其制备方法、热电器件，旨在提供一种生态友好、高性能和低成本的替代传统bi2te3基热电装置的解决方案。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、第一方面，一种热电界面材料，其中，所述热电界面材料的化学组成表示为mgaagbxc,x为过渡族金属，a、b、c为原子比率，a＝0-2.5；b＝0-2.5；c＝0-2.5，a，b，c不同时为零。如mg0.5ag0.5x0.1、mgagx0.1、mg1.5ag2.5x、mg2.5ag2.5x0.1、mgag、mg0.5x0.1、ag0.5x0.1等等。

4、以下作为本发明的优选技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的目的和有益效果。

5、作为优选的技术方案，所述的热电界面材料，其中，所述过渡族金属选自锰、铁、钴、镍、铜、铬、锌、钒和钛中的任一种。

6、第二方面，一种上述所述的热电界面材料的制备方法，其中，包括：按化学组成mgaagbxc的计量比称取各单质原材料，经混合，球磨处理，得到所述热电界面材料。

7、作为优选的技术方案，所述的制备方法，其中，所述球磨处理为在惰性气体保护下进行；所述惰性气体选自氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的至少一种。

8、第三方面，一种热电器件，其中，包含上述所述的热电界面材料。

9、作为优选的技术方案，所述的热电器件，其中，所述热电器件还包含复合在所述热电界面材料表面的热电转换材料；所述热电转换材料的化学组成表示为mgxagysbz，其中；x、y、z为原子比率，x＝0.5～2.0；y＝0.5～2.0；z＝0.5～2.0。如mg0.5ag0.5sb0.5、mgagsb、mg2.5ag2.5sb2.5、mgagsb0.5等等。

10、第四方面，一种上述所述的热电器件的制备方法，其中，包括：将电极材料、所述热电界面材料以及所述热电转换材料置于模具中，经烧结处理，得到所述热电器件。

11、作为优选的技术方案，所述的热电器件的制备方法，其中，所述烧结为等离子烧结，所述等离子烧结是在200～500℃、30～60mpa轴向压力下进行。烧结温度可以为200℃至250℃，250℃至300℃，300℃至350℃，350℃至400℃，400℃至450℃，450℃至500℃；压力可以为30mpa、40mpa、50mpa、60mpa。

12、第五方面，一种可穿戴设备，其中，包含上述所述热电界面材料，或上述所述热电器件。

13、第六方面，一种传感器，其中，包含上述所述热电界面材料，或上述所述热电器件。

14、有益效果：与现有技术相比，本发明提供的热电界面材料与mgagsb热电转换材料具有高粘接强度和低接触电阻率的接触界面，有效地提高了热电装置的输出功率和转换效率。通过原位透射电子显微镜技术看出该接触界面在相变温度范围内的微结构演变，证明了该接触界面具有优异的焊接和抗热冲击稳定性，保证了热电装置在实际应用中的可靠性和耐久性。

技术特征：

1.一种热电界面材料，其特征在于，所述热电界面材料的化学组成表示为mgaagbxc,x为过渡族金属，a、b、c为原子比率，a＝0-2.5；b＝0-1.5；c＝0-1.5，且a，b，c不同时为零。

2.根据权利要求1所述的热电界面材料，其特征在于，所述过渡族金属选自锰、铁、钴、镍、铜、铬、锌、钒和钛中的任一种。

3.一种权利要求1或2所述的热电界面材料的制备方法，其特征在于，包括：按化学组成mgaagbxc的计量比称取各原材料，经混合，球磨处理，得到所述热电界面材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述球磨处理为在惰性气体保护下进行；所述惰性气体选自氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气中的至少一种。

5.一种热电器件，其特征在于，包含权利要求1或2所述的热电界面材料。

6.根据权利要求5所述的热电器件，其特征在于，所述热电器件还包含复合在所述热电界面材料表面的热电转换材料；所述热电转换材料的化学组成表示为mgxagysbz，其中；x、y、z为原子比率，x＝0.5～2.0；y＝0.5～2.0；z＝0.5～2.0。

7.一种权利要求5或6所述的热电器件的制备方法，其特征在于，包括：将电极材料、所述热电界面材料以及所述热电转换材料置于模具中，经烧结处理，得到所述热电器件。

8.根据权利要求7所述的热电器件的制备方法，其特征在于，所述烧结为等离子烧结，所述等离子烧结在200～500℃、30～60mpa轴向压力下进行。

9.一种可穿戴设备，其特征在于，包含权利要求1或2所述热电界面材料，或权利要求5或6所述热电器件。

10.一种传感器，其特征在于，包含权利要求1或2所述热电界面材料，或权利要求5或6所述热电器件。

技术总结
本发明公开了一种热电界面材料及其制备方法、热电器件，所述热电界面材料的化学组成表示为Mg<subgt;a</subgt;Ag<subgt;b</subgt;X<subgt;c</subgt;,X为过渡族金属，a、b、c为原子比率，a＝0‑2.5；b＝0‑1.5；c＝0‑1.5，且a，b，c不同时为零。所述的热电器件包含该热电界面材料。所述的热电界面材料与MgAgSb TEcM具有高粘接强度和低接触电阻率的接触界面，并且在相变温度范围内具有优异的焊接和抗热冲击稳定性。所述的热电器件，在325℃的温差下显示出0.8W cm<supgt;‑2</supgt;的最大功率密度和9.1％的最大转换效率，这是全Mg基无Te热电装置在低温范围内的突破性值。本发明提供了一种生态友好、高性能和低成本的替代传统Bi<subgt;2</subgt;Te<subgt;3</subgt;基热电装置的解决方案，用于低品位废热回收。

技术研发人员：刘玮书,吴新志,冯涛,廖子龙,张文清
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19