合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0033]对比例
[0034]本对比例中以Sb、Te单质为原料，不采用In单质作为助燃剂，尝试自蔓延燃烧合成反应制备Sb2Te3S热电材料粉体，具体步骤如下:
[0035]I)按Sb2Te3中元素Sb和Te的化学计量比称量Sb粉和Te粉作为原料，即Sb粉和Te粉的摩尔比为2:3，然后将它们混合均匀，并于4MPa保压lOmin，压成直径12mm的圆柱形块体；
[0036]2)室温下，将步骤I)所得块体真空下密封于石英玻璃管中，将石英玻璃管底端移向煤气焰加热点火，未观察到燃烧波的蔓延，即不能引发自蔓延燃烧合成反应。
[0037]对对比例步骤2)后石英玻璃管内底部和顶部的产物分别进行物相分析，由图1可知，位于石英玻璃管底部的产物基本为单相Sb2Te3化合物，而位于石英玻璃管顶部的产物中仍主要为Sb和Te单质，由此可以证明:在室温下，仅以Sb、Te单质作为反应物，通过一端点火的方式不能自蔓延燃烧合成31321^热电材料，虽然燃烧反应可以引发，但是燃烧波在传播的过程中熄灭而无法完成自蔓延燃烧反应制备得到Sb2Te3热电材料。
[0038]实施例
[0039]—种自蔓延燃烧合成Sb2Te3基热电材料的助燃剂，该助燃剂为In单质。
[0040]一种Sb2Te3基热电材料的自蔓延燃烧合成方法，其以Sb、Te单质为原料，采用In单质作为助燃剂促进发生自蔓延燃烧合成反应，制备得到Sb2Te3S热电材料粉体，其中单质Sb、Te、In之间的物质的量之比为2 (1-x):3:2x，其中x为0.01-0.07，本实施例中x的取值分别为0.01、0.03、0.05、0.07，具体制备步骤如下:
[0041]I)按化学计量比2 (1-x):2x:3称取Sb粉、In粉、Te粉作为原料，原料总量为5g，在玛瑙研钵中混合均匀，得到的混合粉体作为反应物；将反应物放入钢制磨具中，在压片机上采用4MPa的压力并保压5min，制得成直径12_锭体；
[0042]2)将步骤I)所得锭体真空密封于石英玻璃管中，将石英玻璃管底端移向煤气焰加热点火，观察到燃烧波蔓延至整个锭体，即成功引发了自蔓延燃烧合成反应，反应完成后自然冷却，所得产物即为Sb2Te3基热电材料粉体。
[0043]将本实施例步骤2)所得产物均进行相成分分析，结果如图2所示，，由图可知，当掺入微量助燃剂In单质后(掺入量以X计，X为0.01-0.07)，所得到的产物均为纯净的Sb2Te3单相，证明了添加微量助燃剂In单质能促进该自蔓延燃烧合成反应的顺利进行，并反应完全。
[0044]将本实施例制备的Sb2Te3基热电材料粉体通过后续的放电等离子体烧结(SPS)制备块体热电材料，具体步骤如下:
[0045]将步骤2)所得产物研磨成粉末，将粉末装入直径15_石墨模具中压实，然后在真空小于10Pa、烧结压力为40MPa、烧结温度为450°C的条件下进行放电等离子体烧结(SPS)，先以100°C /min的速度升到400°C，再以50°C /min的速度升到烧结温度450°C，保温2min，即得到致密的Sb2Te3基热电材料块体。
[0046]从图3中可以看到，放电等离子体烧结之后样品仍保持很好的Sb2Te3单相。从图4的热导率随温度变化曲线可以看出，随着In掺量的增加，热导率下降，这是因为31321^单相中微量In取代Sb后，由于两者的质量及半径差异，造成强烈的质量波动散射及应力场波动散射，强烈散射声子，降低了晶格热导率；从图5电导率随温度变化曲线可以看出，随着In掺量的增加，电导率下降，这是由于载流子浓度下降所致；这与图6中Seebeck系数随温度变化曲线趋势是一致的，随着In掺量的增加，Seebeck系数增大；功率因子随温度变化曲线如图7所示，随着In掺量的增加，功率因子略有下降。
[0047]上述制备得到的Sb2Te3S热电材料块体，其中引入了元素In，In的引入形式是取代Sb2Te3中的Sb位，其化学组成可以表达为化学式Sb 2(1_x) In2xTe3,如图8所示，Sb2Te3单相中微量In的掺入，热电性能相比未掺入元素In的样品大大提高，当X为0.07时，250°C的ZTmax能够达到0.71。
[0048]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种自蔓延燃烧合成Sb 2Te3基热电材料的助燃剂，其特征在于所述助燃剂为In单质。
2.—种Sb2Te3基热电材料的自蔓延燃烧合成方法，其特征在于它以Sb、Te单质为原料，采用In单质作为助燃剂发生自蔓延燃烧合成反应，制备得到Sb2Te3基热电材料粉体。
3.根据权利要求2所述的一种Sb2Te3基热电材料的自蔓延燃烧合成方法，其特征在于所述单质Sb、Te、In之间的物质的量之比为2 (1-x):3:2x，其中x为0.01-0.07。
4.根据权利要求2所述的一种Sb2Te3基热电材料的自蔓延燃烧合成方法，其特征在于所述自蔓延燃烧合成反应的方法为:将Sb、Te、In单质混合均勾作为反应物，在真空或惰性气氛下，采用一端点火引发自蔓延燃烧合成反应，得到Sb2Te3基热电材料粉体。
5.根据权利要求4所述的一种Sb2Te3基热电材料的自蔓延燃烧合成方法，其特征在于所述反应物为粉体或者压制成块体。
6.一种Sb2Te3S块体热电材料的超快速合成方法，其特征在于它以Sb、Te单质为原料，采用In单质作为助燃剂发生自蔓延燃烧合成反应，制备得到Sb2Te3S热电材料粉体；所述Sb2Te3基热电材料粉体通过放电等离子烧结制备得到Sb 2Te3基块体热电材料。
7.根据权利要求6所述的一种Sb2Te3S块体热电材料的超快速合成方法，其特征在于所述放电等离子烧结的条件为:烧结温度为400-500°C，烧结压力为30-50MPa，保温时间为2_5min0
8.根据权利要求6所述的一种Sb2Te3S块体热电材料的超快速合成方法，其特征在于所述放电等离子烧结的升温速率为50-100 °C。
9.根据权利要求6-8之一所述的超快速合成方法制备得到的Sb2Te3基热电材料。
【专利摘要】本发明公开了一种Sb2Te3基热电材料的自蔓延燃烧合成方法及其助燃剂，它以Sb、Te单质为原料，采用In单质作为助燃剂促进发生自蔓延燃烧合成反应，制备得到Sb2Te3基热电材料粉体。本发明首次公开了一种自蔓延燃烧合成Sb2Te3基热电材料的助燃剂In单质，促进原料Sb、Te单质能够发生自蔓延燃烧合成反应生成Sb2Te3基热电材料，并结合放电等离子烧结，制备得到致密的Sb2Te3基块体热电材料，在提高热电性能的同时，还具有制备时间超短、工艺简单、对设备要求低、节能环保、适合规模化生产等优点，为Sb2Te3基热电材料的规模化制备和大规模应用奠定了良好的基础。
【IPC分类】C01B19-04
【公开号】CN104671222
【申请号】CN201510054981
【发明人】唐新峰, 周梦兰, 苏贤礼, 鄢永高, 杨东旺
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月3日