[发明专利]一种热电材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种热电材料，包括以下摩尔比的组分：1000摩尔份的Pb，1000摩尔份的Se，1～10摩尔份Cu。还涉及一种热电材料的制备方法，将1000摩尔份的Pb粉、1000摩尔份的Se粉、1～10摩尔份Cu粉混合烧结成块，再热压成型。本发明的热电材料电输运性能优异且晶格热导率低。

技术领域

本发明涉及一种热电材料以及该热电材料的制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

在世界能源快速消耗，环境污染日益严重的今天，对可持续发展的清洁能源的需求愈演愈烈。热电材料是一种能够利用内部载流子运动实现热能和电能相互直接转换的功能材料，因此热电器件具有一定的优势，比如没有移动部件、无噪音、使用寿命长等，并可应用于多种领域，大到如航空、航天领域，小到如日常生活、商用发电制冷等，它作为一种具有广泛应用前景的环境友好材料随着能源的问题的加剧而得到了越来越多的关注与研究。

PbTe作为一种性能优异的中温区热电材料，对其热电性能各方面的研究已比较完善和成熟。但是从客观角度考虑，Te是一种地壳中含量比较少的元素，且价格较贵，限制了PbTe实际的应用价值。

PbSe作为一种铅的硫族化合物，性质和PbTe类似，也具有优异的热电性能，从而得到广泛的研究，并已有研究证明它有望成为PbTe的替代品。PbSe相对于PbTe而言，在相同载流子浓度和相同温度下的Seebeck系数都较小，如何增大Seebeck系数，提高P型PbSe的热电性能是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种电输运性能优异且晶格热导率低的热电材料及其制备方法。

本发明为解决上述技术问题提出的一种技术方案是：一种热电材料，包括以下摩尔比的组分：1000摩尔份的Pb，1000摩尔份的Se，1～10摩尔份Cu。

所述Cu的摩尔份是1.25～7.5摩尔份。

所述Cu的摩尔份是2.5～3.75摩尔份。

所述Cu的摩尔份是2.5摩尔份。

本发明为解决上述技术问题提出的另一种技术方案是：一种热电材料的制备方法，将1000摩尔份的Pb粉、1000摩尔份的Se粉、1～10摩尔份Cu粉混合烧结成块，再热压成型。

配料混合时采用氩气保护

烧结时采用氩气保护，以1.5℃/min ～5℃/min的速度从室温升温至1080℃～1200℃，保温10h～50h，然后炉冷。

热压成型时，压力为60MPa～70MPa，温度为580℃～620℃，保持10min～20min。

所述Cu的摩尔份是2.5～3.75摩尔份。

所述Cu的摩尔份是2.5摩尔份。

本发明具有积极的效果：本发明的热电材料在PbSe材料中掺杂了Cu，Cu在PbSe中的固溶度非常小，但在高温下的固溶极限会明显增加。Cu对电性能和热性能有双重影响作用：一方面间隙Cu固溶度随温度增加而增大，能够实现整个温区的载流子浓度优化，从而表现出优异的电输运性能；另一方面，由于高温下Cu的进一步溶解，以及间隙Cu的扩散，大大增强了对声子的散射作用，显著地降低了样品的晶格热导率。掺杂Cu的PbSe样品的热电性能得到极大的提高，ZT值最高达到约1.3，具备较好的应用前景。

附图说明

图1是实施例1至4样品的载流子浓度随温度变化的情况图。

图2是实施例1至5样品的的功率因子随温度变化的曲线图。

图3是实施例1至5样品的总热导率随温度变化的曲线图。