专利名称：一种碲化铋基热电材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碲化铋基热电材料Biix(InSb)xI^62及其制备方法，属于无机材料领域。
背景技术：
Bi2Te3基化合物是最早发现和研究的热电材料，也是目前应用最广的商业化中温热电材料。其热电性能的极限^在很长一段时间一直为 1左右。随着纳米技术的发展，Bi2I^3基热电材料的研究重点也转向了纳米尺度的Bi2I^3基热电材料的制备。用水热法制备Bi2Te53纳米管，还有电化学沉积Bi2Te53基纳米线阵列，激光脉冲趁机获金属有机化学气相沉积等方法制备Bi2I^3薄膜。其中，值得一提的是Bed Poudel等人通过对p-type BiSbTe晶体用球磨机进行研磨成纳米粉体，然后进行热压，测量得到的ZT值在370K附近可达 1.4。但是，由于纳米结构在热循环过程中容易受到破坏，并且不容易加工成器件等缺点，纳米Bi2Te53基热电材料的发展受到很大的限制。所以在本发明中，采用了传统的固熔体方法和掺杂方法合成块体材料，通过调节Bi2Te53基中Te的含量，并在Bi位掺杂少量不同电负性，不同价电子数的^Sb从而调节载流子浓度，发现获得的，Bi38-, (InSb) Je62化合物在323 K的ZT值达到1. 108。而合成的未掺杂Bi38Te62, ZT值最大为0. 767， 说明掺杂少量的^Sb调节了载流子浓度，使得ZT得到优化。
发明内容
本发明的目的是用传统简单的固熔和掺杂方法的得到较高ZT值的Bi2Te53基热电材料。通过在Bi2Te53基热电材料中适当的改变Te含量，并掺杂少量的^iSb，合成 Bi38_x (InSb) Jii62化合物，发现该化合物在323 K的ZT值达到1. 108。在本发明中，Biix(InSb)xTi562化合物，其特征是Te名义摩尔含量在 62%，并在 Bi位掺杂少量的化釙，其中0. 6彡χ彡0. 8。本发明的碲化铋基热电材料Bi38_x(InSb)xTe62的制备方法和测试方法包括以下步骤
1.制备方法一步合成法，包括如下步骤将可选用单质原料按Biix(InSb)xI^62 (0.6^x^0. 8)的化学式含量称重。装入底部烧结较平石英管中进行真空线封管，然后竖直放入马弗炉中，在780°C烧结反应2至3天，然后缓慢降温至530°C，即获得Bi38_x(InSb)
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Xi 620本发明的制备方法，其突出优点在于制备技术简单，直接得到致密度高的块体材料。2.测试方法电导率及赛贝克系数测量在ULVAC ΖΕΜ-3上进行，热扩散系数测试在激光热导仪(Netzsch LFA 457)上进行(氩气气氛，以pyrOCeram9606为标样)，热导率由公式κ (T) = α (T) X Cp(T) X P (T)计算得到。其中，α (T)指热扩散系数，Cp(T)指热容，P (T)指实验样品的密度。
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本发明的Bi38_x (InSb) Je62化合物的热电性能突出，致密度高，有可能在空间探索等领域得到应用。
图1为Bi38_x (InSb) Je62电阻率随温度变化图； 图2为Biix(InSb)xTii62热电势随温度变化图3为Bi38_x(InSb)xI^62热导随温度变化图； 图4为Bi38^(InSb)xTe62的热电性能值(ZT值)图。
具体实施例方式实施例1 一步合成法合成Biix(InSb)xTe62
将可选用单质原料按Bi38_x (InSb) Je62 (0. 6彡χ彡0. 8)的化学式含量称重。装入底部烧结较平石英管中进行真空线封管，然后竖直放入马弗炉中，在780°C烧结反应2至3天， 然后缓慢降温至530°C，即获得Bi38_x(InSb) Ji5e2。实施例2 切割打磨样品Bi38_xanSb)xI^62进行热电性能测试
将上述方法制备得到的Bi38_x(InSb)xTe62块材样品用金刚石切割机切割，然后用砂纸打磨。样品先用切割机切割出基本的圆片和长方体样品，然后用砂纸打磨；圆片样品厚度为 1. 93mm，直径10. 17mm。长方体的横截面积为2. 16 X 2. 16 mm2，在耐驰LFA457装置上测试圆片的热扩散系数，采用pyrocream 9606作为标样，并在氩气气氛下测试。在ULVAC ZEM-3 上测试其电导率及赛贝克系数。实施例3 样品Biix(InSb)xI^62的热电性能测试结果
上述测试结果表明，电阻率随温度增大而增大，由室温下的8. 03*10_6Ω m增大到447K 下的9.99*10_6ΩΠΙ。赛贝克系数的绝对值随着温度的升高先增大，在321时达到最大 234μν/Κ，然后减小。赛贝克系数为负表明Bi38_s anSb)sTe62的大多数载流子是电子。热导率随温度升高变大，其中，室温附近的热导为1. 9ff/m. K。根据热电优值公式Z=S2 σ /K，其中S为材料的赛贝克系数，σ为电导率，K为热导率，可得出Biix(InSb)xI^62样品的ZT值在 323Κ 为 1. 108。
权利要求
1.一种含hSb元素的铋碲基热电材料Biix(InSb)xI^62，其特征在于铋位电子组态为 6s26p3,In的电子组态为M2Sp1Jb电子组态为5s25p3 ；铋位掺杂了少量不同电负性，不同价电子数的In和Sb ； (BiInSb) =Te的名义摩尔比例为38 :62。
2.—种权利要求1所述铋碲基热电材料Bi38_x(InSb)xTe62，其特征在于铋碲中碲的名义摩尔成分为62%，并在铋位掺杂了少量的h和Sb，其中0. 6 < χ < 0. 8。
3.—种权利要求1所述的铋碲基热电材料Biix(InSb)xI^62的制备方法，该制备方法为一步合成法，包括如下步骤将可选用单质原料按Bi38_x (InSb) xTe62,0. 6彡χ彡0. 8，化学式含量称重；装入底部烧结较平石英管中进行真空线封管，然后竖直在780°C烧结反应2至 3天，然后缓慢降温至530°C即获得Biix(InSb)xTi5f^
全文摘要
本发明涉及一种碲化铋基热电材料Bi38-x(InSb)xTe62及其制备方法，属于无机材料领域。本发明采用一步合成法进行合成。合成条件在780℃反应2至3天，然后缓慢降温至530℃即获得。本发明中，化合物Bi38-x(InSb)xTe62的特征在于铋碲中碲的名义成分为62%，并在铋位掺杂了少量的In和Sb，其中0.6≤x≤0.8。本发明的优点是制备方法简单——传统简单的固熔和掺杂方法，直接得到具有高致密度的块体材料，且本发明得到的热电材料Bi38-δ(InSb)δTe62的ZT值在323K时可达到1.108。
文档编号H01L35/16GK102403445SQ201110242610
公开日2012年4月4日 申请日期2011年8月20日 优先权日2010年9月7日
发明者吴立明, 陈玲, 陈红 申请人:中国科学院福建物质结构研究所