[发明专利]一种Ag2X块体热电材料的超快速合成方法

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Ag₂X块体热电材料的超快速合成方法。

背景技术

近十几年来，能源和环境问题已经逐渐凸显，能源危机和环境危机日益引发关注。目前，全球每年消耗的能源中约有70％以废热的形式被浪费掉，如果能将这些废热进行有效的回收利用，将极大的缓解能源短缺的问题。热电材料能直接将热能转换成电能，具有无传动部件、体积小、无噪音、无污染、可靠性好等优点，在汽车废热回收利用、工业余热发电方面有着巨大的应用前景。热电材料的转换效率由无量纲热电优值ZT决定(ZT＝α²σT′/κ，其中α为Seebeck系数、σ为电导率、κ为热导率、Τ为绝对温度)。ZT越大，材料的热电转换效率越高。

化合物Ag₂Se、Ag₂Te在热-电能源转换领域占据重要地位，因为其是优良的热电材料。目前，化合物Ag₂Se、Ag₂Te的合成方法主要集中在水热法、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或Te的缺失，难以精确控制成分。因此，寻求一种常温、简便节能、绿色环保、可精确控制成分及微结构的Ag₂Se、Ag₂Te制备及快速致密化技术显得迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ag₂X块体热电材料的合成方法，其制备工艺简单、快速，并可精确控制产物组分，绿色环保，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Ag₂X块体热电材料的合成方法，它以Ag和X单质为原料，混合均匀后，在常温条件下将混合原料在压力场作用下进行压制，压制过程中原料的反应和产物的致密化过程一步完成，制得致密的Ag₂X块体热电材料，其中X为Se或Te。

上述方案中，所述单质Ag和X以(1.8～2):(1～1.1)的摩尔比进行精确控制。

上述方案中，所述压制过程为：在2～5GPa下保压1～5min。

优选的，所述压制过程为：在2.5～3.5GPa下保压1～5min。

上述方案中，所述混合原料施加压力前可进行预压，预压过程为：在5～10MPa下保压5～20min。

根据上述方案可在15min内可以制得致密的Ag₂X块体热电材料(X为Se或Te)，制备的Ag₂Se、Ag₂Te块体致密度均在97％以上，可实现常规高温致密化技术(如SPS、PAS等)的致密化水平，且能有效避免热处理过程温度梯度带来的Ag⁺迁移现象，促进Ag₂X化合物在热电材料领域中的应用。

根据上述方案制得的Ag₂X块体热电材料，在107℃温度条件下，Ag₂Se块体热电材料的热电优值ZT_max＝0.65；在127℃温度条件下Ag₂Te块体热电材料的热电优值ZT_max＝0.7。

将根据上述方案制备的Ag₂Se块体热电材料真空密封于石英玻璃管中，并置于马弗炉中加热至250～350℃退火1.5～2.5h，得退火Ag₂Se块体热电材料。热电性能测试结果表明，在116℃温度条件下，其热电性能ZT_max＝1.1，远高于室温高压法、熔融-热压法、熔融-SPS法、熔融-PAS法、动态/静态载荷-SPS法等制备的块体材料。

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Ag₂X块体热电材料的超快速合成方法，整个制备过程在几分钟内完成，同时制备工艺简单、绿色环保，适宜规模化生产。