热电材料及其制造方法_2

文档序号:9848365阅读:来源:国知局
[0051]另外,化学式I可满足条件2.0lSX。特别地,在化学式I中,X可满足条件2.01〈x。
[0052]另外,在化学式I中,X可满足条件2.025<x。在该条件下,根据本公开内容的热电材料可具有进一步改善的热电转换性能。
[0053]特别地,在化学式I中,x可满足条件2.04〈x。
[0054]另外,在化学式I中,X可满足条件2.05<xo
[0055]另外,在化学式I中,X可满足条件2.075<xo
[0056]另外,化学式I可满足条件y〈0.1。特别地,化学式I可满足条件:y <0.075。另外,化学式I可满足条件0.05。
[0057]在这种情况下,由化学式I表示的热电材料中可部分包含第二相,并且所述第二相的含量可基于热处理条件而改变。
[0058]如上所述,可提供根据本公开内容的热电材料,使得假设Cu-Se基热电材料中Se的含量为I,则Cu的含量大于2,并且Se被S和/或Te部分取代。因此,由于上述组合特性,根据本公开内容的热电材料可具有与常规Cu-Se基热电材料相比增加的塞贝克系数、降低的热扩散率、提高的ZT值以及由此改善的热电转换性能。
[0059]图1是示出根据本公开内容一个实施方案的制造热电材料的方法的示意性流程图。
[0060]参照图1,根据本公开内容的制造热电材料的方法可包括混合物形成步骤SllO和化合物形成步骤SI 20。
[0061]在混合物形成步骤SllO中,除根据化学式I的Cu和Se之外还可混合S和/或Te作为原料以形成混合物。
[0062]在此,在步骤SllO中,可以使原料以粉末状态混合。在这种情况下,可使原料更好地混合,并且原料之间的反应性可得到改善,从而得到步骤S120中的良好合成。
[0063]另外,在混合物形成步骤SI10中,可借助利用研钵手动研磨、球磨、行星式球磨机(planetary ball mill)等使原料混合,但本公开内容不限于这些具体混合方法。
[0064]在化合物形成步骤S120中,对步骤SllO中形成的混合物进行热处理以形成根据化学式1的化合物,即(:1^^1—办(0为3和了6中至少之一,20<2.6,0〈7〈1)。在此,在步骤3120中,可将步骤SllO中产生的混合物放置于炉中并在预定温度下加热预定时间以使化学式I的化合物可形成。
[0065]优选地,步骤S120可通过固态反应(SSR)方法进行。当通过固态反应方法进行合成时,合成中使用的原料(即,所述混合物)可在合成期间在不变成完美液态的情况下以固态引起反应。
[0066]例如,步骤SI20可在200 V至650 V的温度范围内进行I小时至24小时。因为这个温度范围低于Cu的熔点,所以当在此温度范围内进行加热时,CuxSe1-yQy化合物可在Cu未熔融的情况下形成。例如,步骤S120可在450°C的温度条件下进行15小时。
[0067]在步骤S120中,为了形成CuxSe1-yQy,可将Cu和Se以及S和/或Te的混合物置于硬模中并形成丸粒,并且可将丸粒形式的混合物置于恪凝石英管(fused silica tube)中并真空密封。此外,可将真空密封的第一混合物置于炉中并进行热处理。
[0068]优选地,如图1所示,根据本公开内容的用于制造热电材料的方法还可以包括在化合物形成步骤SI 20之后对化合物进行加压烧结SI 30。
[0069]在此,可以借助于热压(HP)或放电等离子体烧结(SPS)进行步骤S130。当借助于加压烧结而烧结时,根据本公开内容的热电材料可以易于具有高的烧结密度和热电性能改善效果。
[0070]例如,加压烧结步骤可以在30MPa至200MPa的压强条件下进行。另外,加压烧结步骤可以在300°C至800°C的温度条件下进行。另外,加压烧结步骤可以在该压强和该温度条件下进行I分钟至12小时。
[0071]另外,步骤S130可以在真空状态或者在流动有含有一些氢或不含氢的气体例如Ar、He、N2等的状态下进行。
[0072]另外优选地,在步骤S130中,可以将在步骤S120中形成的化合物研磨成粉末,然后可以进行加压烧结。在这种情况下,烧结步骤和测量步骤可以更方便地进行,并且烧结密度可以进一步提尚。
[0073]根据本公开内容的热电转换元件可包含上述热电材料。特别地,与常规热电材料特别是Cu-Se基热电材料相比,根据本公开内容的热电材料可在宽温度范围内有效地提高ZT值。因此,根据本公开内容的热电材料可用于替代常规热电转换材料或者进一步用于与常规热电转换材料结合的热电转换元件。
[0074]另外,根据本公开内容的热电材料可用于设计成用于利用废热资源等进行热电发电的热电发电机。也就是说,根据本公开内容的热电发电机包含上述热电材料。根据本公开内容的热电材料在宽温度范围(例如,50 °C至500 0C的温度范围)内表现出高ZT值,并因此可更好地用于热电发电。
[OO75 ]另外,根据本公开内容的热电材料可制造成块型(bulk-type)热电材料。
[0076]下文中,将通过实施例和比较例详细地描述本公开内容。然而,本公开内容的实施例可采取若干其他形式,并且本公开内容的范围不应解释为受限于以下实施例。提供本公开内容的实施例是为了向本公开内容所属领域的普通技术人员更充分地说明本公开内容。
[0077]实施例1
[0078]根据化学式(^12.02536().993().()1对粉末形式的(]11、36和3进行称重,然后置于氧化招研钵中,接着进行混合。将混合的原料置于硬模中,形成丸粒,将丸粒置于熔凝石英管中,并真空密封。此外,将所得产物置于箱式炉中,升温至500°C,然后加热15小时,并在加热之后缓慢冷却至室温以获得Cu2.Q25SeQ.99S0.Q1化合物。
[0079]此外,将该化合物填充在石墨模中,并在真空状态下在500°C和50MPa的条件下对其进行放电等离子体烧结(SPS)1分钟以获得实施例1的样品。此时,烧结密度设定为相较于理论值的98%或以上。
[0080]实施例2
[0081 ] 根据化学式(^12.02536().953().()5对粉末形式的(^1、36和3进行称重,然后以与实施例1相同的方法混合并合成以获得CU2.Q25Set).95S0.05化合物。此外,以与实施例1相同的方法对该化合物进行烧结以获得实施例2的样品。
[0082]实施例3
[0083]根据化学式(^12.0536().993().()1对粉末形式的(]11、36和3进行称重,然后以与实施例1相同的方法混合并合成以获得CU2.Q5Se0.99Sq.Ql化合物。此外,以与实施例1相同的方法对该化合物进行烧结以获得实施例3的样品。
[0084]实施例4
[0085]根据化学式(^12.0536().953().()5对粉末形式的(^1、36和3进行称重,然后以与实施例1相同的方法混合并合成以获得CU2.05Se0.95S0.05化合物。此外,以与实施例1相同的方法对该化合物进行烧结以获得实施例4的样品。
[0086]实施例5
[0087]根据化学式(^112.136().993().()1对粉末形式的(]11、36和3进行称重,然后以与实施例1相同的方法混合并合成以获得CU2.lSeQ.99SQ.Ql化合物。此外,以与实施例1相同的方法对该化合物进行烧结以获得实施例5的样品。
[0088]实施例6
[0089]根据化学式(^112.136().953().()5对粉末形式的(^1、36和3进行称重,然后以与实施例1相同的方法混合并合成以获得CU2.lSeQ.95SQ.Q5化合物。另外,以与实施例1相同的方法对该化合物进行烧结以获得实施例6的样
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