[发明专利]一种SnSe2晶体化合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种SnSe₂晶体化合物及其制备方法和应用。

背景技术

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。热电转换技术是利用半导体热电材料的赛贝克(Seebeck)效应和珀尔帖(Peltier)效应将热能和电能进行直接转换的技术，包括热电发电和热电制冷两种方式。这种技术具有系统体积小、可靠性高、运行成本低、寿命长、制造工艺简单、环境友好、适用温度范围广等特点，作为特殊电源和精密温控器件在空间技术、军事装备等高新技术领域已经获得了较多应用。作为一种新型、环境协调型洁净能源转换技术，热电转换技术近20年来在国际上受到瞩目。热电转换器件的核心是热电材料，其转换效率主要取决于热电材料的无量纲优值ZT。

SnSe₂是一种宽带系半导体，组成元素含量丰富，无毒无污染，显示出优异的电学和光电性质，在光伏和能量存储装置中有着重要的应用前景。近些年关于SnSe₂半导体的研究越来越多，但迄今为止，采用固态法合成单相SnSe₂依然是一个极大的挑战，由于SnSe极高的稳定性使得SnSe₂材料中总存在SnSe₂与SnSe的共晶相。因此，目前主要采用溶剂法、化学气相沉积法以及机械合金法制备SnSe₂。而溶剂法合成SnSe₂较为复杂，所采用含Sn和Se的前驱体溶液十分昂贵，在整个实验流程中对仪器设备的要求也较高，且SnSe₂的产量有限；化学气相沉积是在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反应而形成的固体物质沉积在基体上，所需时间较长，且设备非常昂贵，不利于工业推广应用。而机械合金法虽然对仪器设备要求较低，且所用时间较短，但生成的SnSe₂中存在很多杂相，不利于保证SnSe₂化合物的性能。

因此发展一种制备周期短、操作简单、设备要求低和适宜工业化生产的SnSe₂化合物制备技术，并进一步提升其热电性能，是SnSe₂化合物研究领域中面临的重要课题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种SnSe₂晶体化合物及其制备工艺，该SnSe₂晶体化合物具备准单晶结构，且涉及的制备工艺简单、制备时间短、操作简单、设备要求低、适宜规模化生产；同时通过对SnSe₂晶体化合物进行掺杂改性，可有效提升所得晶体材料的力学性能，对SnSe₂基材料在热电材料领域中的应用具有重要的推进作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种SnSe₂晶体化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)以Sn颗粒、Se颗粒和SnCl₂粉为原料，然后进行加热熔融、随炉冷却得锭体材料；

2)将步骤1)所得锭体材料置于区熔炉中，采用区熔工艺进行定向生长，得所述SnSe₂晶体化合物。

上述方案中，所述Sn颗粒、Se颗粒和SnCl₂粉按照化学式SnSe_2-xCl_x中各元素的化学计量比进行称量，其中x的取值范围为：0≤x≤0.07。

优选的，所述x的取值范围为：0＜x≤0.07。

更优选的，所述x的取值范围为：0.01≤x≤0.02。

上述方案中，步骤1)中所述熔融工艺为：加热至700-800℃，保温24-36h。

上述方案中，步骤2)所述区熔工艺为中锭体材料置于玻璃管中，玻璃管的底部置于加热圈的中部位置(玻璃管底部置于加热圈平面的中部)，且玻璃管沿加热圈的中心轴线放置，加热圈沿玻璃管的长度方向匀速移动。

上述方案中，所述区熔工艺中：区熔温度为973-1073K，加热圈的移动速度为1.2-1.8mm h^-1。

上述方案中，所述加热圈沿石英玻璃管轴向方向平行移动穿过锭体材料的高度位置，即完成区熔工艺。