[发明专利]一种铜硒基纳米复合热电材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铜硒基纳米复合热电材料及其制备方法，所述p型纳米复合热电材料包括Cu_2‑xSe_1‑y‑zS_yTe_z、以及分布于所述Cu_2‑xSe_1‑y‑zS_yTe_z中的碳纳米管，其中0≤x≤0.15，0≤y≤1，0≤z≤1，且y+z≤1，所述碳纳米管的质量百分数≤2%。本发明所述制备方法所采用的原材料来源丰富，成本低廉，生产工艺及生产设备简单，可控性及重复性都较好。

技术领域

本发明涉及一种铜硒基纳米复合热电材料及其制备方法，具体是提供了一种新型的p型纳米复合热电材料及其制备方法，属于热电材料领域。

背景技术

热电转换材料是一种利用材料自身的塞贝克效应和帕尔贴效应直接实现热能和电能之间的相互转换的一类清洁能源材料。它可使用自然界的温差及工业废热、余热发电，也可制成无噪声、无传动装置、可靠性高的制冷机。热电材料的换能效率由材料工作的高低端温度和材料本质性能决定。对于确定的使用环境，高低端温度通常是确定的，所以为提高换能效率只能从优化材料本身入手。通常用无量纲热电优值ZT来评估热电材料能量转换效率的优劣，其定义式为：ZT＝S²Tσ/κ，其中S为热电势(塞贝克(Seekbeck)系数)，T为绝对温度，σ为电导率，κ为热导率。为了获得高的热电换能效率，就要求材料必须具有高的热电优值。目前已开始应用的热电材料多为金属化合物及其固溶体，如Bi₂Te₃、SiGe、PbTe等，但这些热电材料的制备条件要求较高,需在一定的保护气下进行,并含有对人体有害的重金属，且因ZT值都约为1.0，以致能量转化效率不高等缺点。近几十年来，科研工作者们通过各种手段，如掺杂、复合、纳米化及寻找新化合物等方法实现了热电材料热电性能的大幅提升。

铜硒基化合物Cu_2-xM(M＝S,Se或Te)是一种新型的热电材料，其组成简单，原料价格低廉，具有较高的塞贝克系数和较低的热导率，热电性能优异。Cu_2-xM(M＝S,Se或Te)中因Cu空位而显示p型导电行为，且电导率随x值的增大而增加。因其适中的禁带宽度(Cu₂Se和Cu₂S约为1.2eV,Cu₂Te约为1.1eV)，是太阳能电池的理想材料，所以对该类材料的研究多集中在电池方面，仅少量文献中报道过该类材料具有较大的热电势和很低的热导率，而对这类化合物之间形成的固溶体的热电性能的研究甚少。

近年来，真空熔融，高温自蔓延合成，水热合成以及放电等离子体烧结等工艺先后用于制备铜硒基块体热电材料。其中，真空熔融结合放电等离子体烧结是大多数铜硒基块体热电材料的制造工艺。但Cu₂Se和Cu₂Te在此制备过程中铜很容易析出，从而导致载流子浓度升高，这会大幅增加其热导率，从而降低材料的热电性能。另一方面，此方法制备的材料晶粒较大，对短波声子的散射较弱。

发明内容

为此，本发明提供了一种铜硒基纳米复合热电材料及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种p型纳米复合热电材料(铜硒基纳米复合热电材料)，所述p型纳米复合热电材料包括Cu_2-xSe_1-y-zS_yTe_z、以及分布于所述Cu_2-xSe_1-y-zS_yTe_z中的碳纳米管，其中0≤x≤0.15，0≤y≤1，0≤z≤1，且y+z≤1，所述碳纳米管的质量百分数≤2％。

较佳地，所述碳纳米管的直径为10～20纳米，长度＞3μm。

另一方面，本发明还提供了一种p型纳米复合热电材料的制备方法，包括：