[发明专利]一种铁硫化合物热电材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种低成本、易操作、安全性高的铁硫化合物热电材料的合成方法。该方法以简单硫盐和铁盐为原材料，在一定条件下进行水热反应，并对水热反应沉淀物进行反复清洗，真空干燥，得到二硫化亚铁粉末。然后通过严格控制退火条件得到不同物相及比例的铁硫化合物，最后进行热压烧结，即可得到铁硫化合物热电材料。该方法可以通过控制退火条件以获得不同物相和不同比例的铁硫化合物，从而改善材料的热电性能。目前，已成功制备出电导率高于文献值的铁硫化合物热电材料。

技术领域

本发明涉及热电材料领域，具体涉及一种铁硫化合物热电材料的制备方法。

背景技术

热电材料是一种利用固体内部载流子和声子的输运及其相互作用来实现热能和电能之间相互转换的半导体功能材料，具有无污染、无机械传动、无噪音、安装灵活、可靠性高等优点，在温差发电和制冷领域具有十分重要的研究意义及应用前景。材料的热电性能可用无量纲热电优值ZT来表示：ZT＝S2σT/k，其中σ、S、κ和T分别为材料的电导率、Seebeck系数、热导率和绝对温度。ZT越大，材料的性能越好，故而性能优异的热电材料应具有较高的Seebeck系数和电导率，以及较低的热导率。

随着当今材料合成技术的发展、各种测试手段的不断提高以及各学科交叉融合程度的加大，科研工作者在不断改善原有材料性能的基础上还提出了大量的新型的、有潜力的热电材料，如以Skutterudite和Clathrate为典型代表的笼状化合物和储量丰富成本低廉的硫族化合物等热电材料。

现有关于铁硫化合物作为热电材料的研究极少，这些少有的报道都是以二硫化亚铁为研究对象。二硫化亚铁(FeS2)又称“愚人金”，其组成元素的含量十分丰富，且无毒，成本较低，是一种比较有研究意义的材料。FeS2晶体具有黄铁矿和白铁矿两种结构。黄铁矿型FeS2晶体属于成分为AB2型典型立方结构化合物，晶体结构类似NaCl，其中Fe原子处于Na原子的位置，S2分子则占据Cl离子的位置。在一定动力学条件下，FeS2晶体可以转变成正交晶系的白铁矿结构，其禁带宽度约为0.34eV。

文献报道的二硫化亚铁热电材料多以单质Fe和S为原材料，混合球磨，通过机械合金法合成。该方法用到高纯度的Fe和S单质，成本较高，同时对配料的精度要求较高，不利于扩大生产。因此，当务之急是寻求一种低成本，低技术要求的FeS2热电材料合成方法。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提出一种简单廉价的铁硫化合物热电材料合成方法，且尽可能提高其热电性能。

本发明提供一种铁硫化合物热电材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：按铁硫化合物元素比称量铁盐及硫盐，研磨；

步骤2：将充分混合的固体粉末进行水热反应，水热反映完毕后获得黑色固体粉末；

步骤3：反复清洗水热反应后的黑色固体粉末；

步骤4：对清洗之后的固体粉末进行真空干燥，得到FeS2样品；

步骤5：将干燥之后的FeS2在惰性气氛下退火，惰性气氛下的加热温度为300～1000℃，加热时间为2～24h，控制惰性气体流量为30～200ml/min；

步骤6：将退火之后的铁硫化合物在一定温度及压强下烧结，得到铁硫化合物块体热电材料。

其中，在步骤1的铁盐、硫盐的混合物中加入单质硫。