[发明专利]一种双掺杂In2O3基热电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，特别是氧化物陶瓷材料及其制备方法，主要涉及到一种双掺杂In₂O₃氧化物热电材料的制备方法。

背景技术

热电材料是一种可以在固体状态下，几乎不需要活动部件就可将热能与电能相互转换的材料。近年来出于环境保护的需要，新型热电材料的研究受到人们越来越多的关注。热电(Thermoelectric)材料可作为热能和电能相互可逆转换的载体，以热电材料为核心模块的热电装置，具有结构轻便、体积小、使用寿命长、不污染环境、可以在环境条件非常恶劣的条件下使用等优点，而且热电效应的可逆性还决定了热电装置具有双向性-即可作制冷器也可做发热源。目前，在与常规的制冷方式和传统电源的竞争中，关键是要提高热电致冷器或发电器的工作效率，而主要途径是如何提高热电材料的性能。

热电性能可以通过材料的热电性能一般用热电优值(又译为热电灵敏值或热电品质因数)Z来描述：

与常用的合金热电材料相比，氧化物热电材料具有耐氧化、耐高温、不含有毒易挥发元

Z=α2σκ]]>

素的特点，适用于工业废热发电、汽车废气发电等方面。目前氧化物热电材料的主要劣势在于工作效率比较低。而In₂O₃基氧化物热电材料通过掺杂改性可以获得较高的高温热电性能，因此将有望成为热电领域的研究热点。

In₂O₃基氧化物热电材料主要是采用固相反应合成，将原料按化学计量比混合，煅烧后研磨，然后在1300℃-1450℃高温烧结10-15小时。

总结起来固相反应合成方法反应温度高，反应时间长，能耗大，而且高温下In挥发严重，造成化合物偏离化学比。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中采用固相反应法合成In₂O₃基氧化物热电材料存在的诸多问题，提供一种利用放电等离子体烧结(SPS)方法低温快速制备In₂O₃基氧化物热电材料的新工艺。

本发明的技术方案如下：

一种双掺杂In₂O₃基热电材料的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)按In_2-2xZn_xGe_xO₃的化学计量比，称取ZnO，GeO₂和In₂O₃的粉末，其中0＜x≤0.20；

2)将ZnO、GeO₂和In₂O₃粉末混合后，在250℃～700℃条件下煅烧，完成物相的成相阶段；

3)把煅烧后的粉体放入石墨模具，压实，用放电等离子体烧结成块体材料，烧结温度为850～1000℃，即得到Zn，Ge双掺杂In₂O₃氧化物热电材料。

上述技术方案中，所述步骤2)中的煅烧时间优选为1～6小时；步骤3)烧结的升温速率为100～200℃/min，保温时间2～10分钟。

本发明具有以下优点及突出性效果：以普通的固相烧结相比，具有反应时间短，烧结温度低，可以有效克服现有技术反应温度高，反应时间长，能耗大，化合物偏离化学比等缺点。并且烧结的样品性能有很大的提高，在700℃下其ZT值可以达到0.6。

附图说明

图1：实施例1中产物的XRD图谱。

图2：实施例1中产物的断口SEM形貌。

图3：实施例2中产物的XRD图谱。

图4：实施例2中产物的断口SEM形貌。

图5：实施例3中产物的XRD图谱。

图6：实施例3中产物的断口SEM形貌。

图7：实施例4中产物的XRD图谱。

图8：实施例4中产物的断口SEM形貌。

具体实施方式