[发明专利]SnSe基热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SnSe基热电材料及其制备方法，其中，SnSe基热电材料的制备方法包括以下步骤：S100，按照SnSe基热电材料的化学计量比称取反应原料；S200，利用熔炼法炼制所述反应原料，得到SnSe基热电材料铸锭；S300，将S200中得到的SnSe基热电材料铸锭置于区熔炉中，利用区熔法生长多晶SnSe基热电材料。本发明的制备方法得到的多晶SnSe基热电材料择优取向明显，具有较佳的热电性能；同时，与单晶SnSe基热电材料的制备相比，本发明的制备方法简单，生长周期短，成本低廉，可应用于大规模的工业生产。

技术领域

本发明涉及热电材料领域，特别是涉及一种SnSe基热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料，是利用声子和载流子的输运实现热能与电能直接相互转换的功能材料。一般采用无量纲的热电优值(ZT值)来表征热电材料的性能，其中，ZT＝S²Tσ/κ，S为Seebeck系数，σ为电导率，κ为热导率，T为温度。一般情况下，ZT值越大，热电转换效率越高。而提高ZT值的困难在于决定该值的各参数间相互关联。目前，提高ZT值的主要途径有：通过引入点缺陷、晶界或寻找声子玻璃-电子晶体类热电材料来境地独立晶格的热导率；利用核壳结构提高功率因子；通过材料的低维化或相变等减弱塞贝克系数、电导率与热导率三者之间的耦合；寻求本征热导率低的热电材料等。

2014年，赵立东等人用布里奇曼法制备了层状单晶SnSe，其具有超低的本征热导率及中等水平的功率因子，因而在b轴获得了高达2.6(650℃下)的ZT值，获得了迄今为止性能最好的热电材料。但是，层状单晶的机械性能差，且制备时间长、能耗大，很难应用于大规模的工业生产。

S.Sassi等人采用真空熔融结合放电等离子烧结的工艺制备出了具有一定取向性的多晶SnSe，其热电性能在垂直于压力方向及平行于压力方向具有一定的各向异性，但两个方向上的ZT差异不明显，最大ZT值仅为0.5。Q.zhang等人利用熔炼法结合热压烧结的方式制备出多晶SnSe，同样存在取向性不佳的问题，最大ZT值在500℃时仅为0.82。

发明内容

本发明提供一种制备简单、生长周期短、热电性能优异的SnSe基热电材料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种SnSe基热电材料的制备方法，包括以下步骤：

S100，按照SnSe基热电材料的化学计量比称取反应原料；

S200，利用熔炼法炼制所述反应原料，得到SnSe基热电材料铸锭；

S300，将S200中得到的SnSe基热电材料铸锭置于区熔炉中，利用区熔法生长多晶SnSe基热电材料。

在其中一个实施例中，S200包括以下步骤：

S210，将S100中称取的反应原料放入第一反应容器中，抽真空后密封；

S220，将所述第一反应容器置于熔炼炉中，升温至780℃～1400℃后保温1h～12h；

S230，将所述第一反应容器冷却至室温后即得到SnSe基热电材料铸锭。

在其中一个实施例中，S220中的升温速率为1℃/min～10℃/min。

在其中一个实施例中，S300包括以下步骤：

将所述装有SnSe基热电材料铸锭的第一反应容器置于第二反应容器中，将所述第二反应容器抽真空后密封，然后将所述第二反应容器置于区熔炉中，区熔生长多晶SnSe基热电材料。

在其中一个实施例中，所述多晶SnSe基热电材料的生长过程中，熔区的移动速率为1mmh^-1～25mmh^-1。