[发明专利]一种自均化快速制备Ag2Se块体热电材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于热电材料制备技术领域，具体涉及一种自均化快速制备Ag₂Se块体热电材料的方法。

背景技术

在材料科学领域，过渡金属硫族化合物因其具有特殊的光电性质及化学特性引起了研究者广泛的兴趣，从而带动了过渡金属硫族化合物制备技术的发展。

在众多过渡金属硫族化合物中，化合物Ag₂Se一直是受到人们广泛关注的物质之一。Ag₂Se是窄带隙半导体材料，在406K发生可逆相变(正交晶系-体心立方晶系)，在相变前后，化合物的电性能发生突变，主要源于能带结构的显著变化。由于一级相变是瞬间完成的，使得化合物Ag₂Se可以用于制造热可切换阻带的光子晶体。

研究表明，偏离化学计量比的化合物Ag_2+δSe表现出巨磁阻效应，通过调节成分，可以改变巨磁阻效应表现显著的温度，以至于其在室温亦能观察到。巨磁阻效应具有非常广泛的用途，广泛使用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。

高温相的化合物Ag₂Se是快离子导体，对于Ag₂Se化合物，高于406K时，Se原子构成体心立方结构，Ag⁺即可在Se原子框架的空隙中自由迁移。快离子导体又称固体电解质，作为一种特殊而优良的导电材料正被广泛用于能源工业、电子工业、机电一体化等领域。

化合物Ag₂Se在热-电能源转换领域同样占据重要地位，属于一种优良的热电材料。目前，化合物Ag2Se、Ag2Te的合成方法主要集中在水热法和溶剂热法等，这些在溶液中制备Ag2Se、Ag2Te的方法，经常需要复杂的反应过程和严格的反应条件。更为遗憾的是，需要使用一些有毒的化学试剂，耗时耗能，污染环境。而采用常规的长时间的高温熔融法、高温固相反应法制备，则对设备要求苛刻，同时耗能，容易造成Se的缺失，难以精确控制成分。因此，寻求一种低成本超快速、简便节能、绿色环保、可精确控制成分及微结构的Ag2Se制备技术显得迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ag₂Se块体热电材料的方法，其制备过程简单、快速，可精确控制产物组分，适宜规模化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种自均化快速制备Ag₂Se块体热电材料的方法，它以Ag粉和Se粉为原料，将原料进行混合，然后进行放电等离子活化烧结(Plasma Activated Sintering,简称“PAS”)，制得所述的Ag₂Se块体热电材料。

上述方案中，所述Ag粉和Se粉之间的摩尔比为(1.8-2):(1-1.1)。

上述方案中，所述放电等离子活化烧结温度为400-550℃，保温时间为1-10min，轴向压力为20-50MPa，真空条件小于10Pa。

上述方案中，所述原料混合过程为将Ag粉和Se粉混合后进行简单搅拌。

根据上述方案在10min内可以制得Ag₂Se块体热电材料。

上述方案中，所述自均化效果表现为：反应原料(Ag粉和Se粉)无需混合均匀，将其进行简单搅拌，再经过PAS短时间烧结后，得到的块体成分分布均匀，并未出现杂相。

根据上述方案制备的Ag₂Se块体热电材料的室温ZT值超过0.6，为Ag₂Se化合物的规模化制备和大规模应用奠定了良好的基础。

根据上述方案制备的Ag₂Se块体热电材料的致密度均在99％以上，一步得到了目标产物，同时实现了材料的致密化。

以上述内容为基础，在不脱离本发明基本技术思想的前提下，根据本领域的普通技术知识和手段，对其内容还可以有多种形式的修改、替换或变更。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明首次公开了一种超快速制备Ag₂Se块体热电材料的方法，在几分钟内即可得到目标产物，同时一步实现了致密化，避免了传统方法前期复杂的制备原料粉体的过程。