[发明专利]一种GeTe基复合热电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型能源材料技术领域，尤其是涉及一种无铅中温复合热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料是一种特殊功能材料，利用其具有电流通过时产生温度梯度、而两端存在温差时产生电动势或电流的热电效应可实现温控、温差发电和通电制冷。这些制冷和发电系统具有体积小、重量轻，无任何机械转动部分，工作中无噪音，不造成环境污染，使用寿命长，易于控制等优点，被认为是将来非常有竞争力的能源替代材料，在未来绿色环保能源工程和制冷工程方面有广阔的应用前景。

热电装置的转换效率是由热电材料的性能决定的,而热电材料的性能则是由无量纲优值系数ZT=S²σT/k来衡量,其中S为塞贝克（Seebeck）系数,σ和k分别是材料的电导率和热导率，T为绝对温度。一种性能优异的热电材料必须具有高Seebeck系数、高电导率和低热导率。

IV-VI族半导体热电材料，包括PbTe、GeTe和PbSe为中温半导体热电材料，可用于温区(400-800K)工作的温差发电装置，尤其应用在工业废热的回收及汽车发动机余热利用等领域。与PbTe基热电材料相比，GeTe热电材料不含Pb，虽然GeTe的电导率较高，但其热导率也较高，导致其热电优值ZT较小。

因此，有必要提供一种复合热电材料及其制备方法，不含铅，具有较低的导热率，从而能够具有高的无量纲优值系数。

发明内容

本发明提供一种复合热电材料及其制备方法。

一种复合热电材料，所述复合热电材料的化学式为(GeTe)_1-x(Ag₈GeTe₆)_x，其中x的取值范围为0.02≦x≦0.20。

其中，Ag₈GeTe₆分布于GeTe中，x决定着分布于GeTe中的Ag₈GeTe₆相含量及材料的热电性能。

一种所述复合热电材料的制备方法，包括步骤：根据(GeTe)_1-x(Ag₈GeTe₆)_x中x的数值，以金属Ge、Te及Ag单质为原料，按照配比称取原料；将称取的原料制作形成GeTe基合金；将所述GeTe基合金球磨成粉末，以及将所述GeTe基合金球磨成的粉末进行放电等离子烧结，得到所述复合热电材料。

本发明提供的复合热电材料，利用GeTe-Ag₈GeTe₆相图的共晶转变，在GeTe基体中引入弥散分布的Ag₈GeTe₆第二相，形成具有共晶组织的复合热电材料，大大降低了材料的热导率，从而提高了其热电性能。

附图说明

图1为(GeTe)_1-x(Ag₈GeTe₆)_x（x=0.02，0.05和0.11）复合热电材料的X射线衍射图。

图2为(GeTe)_1-x(Ag₈GeTe₆)_x（x=0.11）复合热电材料的显微组织照片。

图3为(GeTe)_1-x(Ag₈GeTe₆)_x（x=0，0.02，0.05，0.08和0.11）复合热电材料的电阻率与温度的变化关系示意图。

图4(GeTe)_1-x(Ag₈GeTe₆)_x（x=0，0.02，0.05，0.08和0.11）复合热电材料的塞贝克系数与温度的变化关系示意图。

图5(GeTe)_1-x(Ag₈GeTe₆)_x（x=0，0.02，0.05，0.08和0.11）复合热电材料的热导率与温度的变化关系示意图。

图6(GeTe)_1-x(Ag₈GeTe₆)_x（x=0，0.02，0.05，0.08和0.11）复合热电材料的无量纲优值系数（ZT）与温度的变化关系示意图。

具体实施方法