[发明专利]一种多孔的P型Bi

说明书

本发明涉及一种多孔的P型Bi₂Te₃基热电材料及其制备方法。其技术方案是：先按Bi︰Sb︰Te的物质的量之比为x︰(2‑x)︰3配料，0.30≤x≤0.60，即得配料A；再称取配料A的0.01～4.00wt％的Te，即得配料B；将配料A和配料B混合，装入石英玻璃管或高硼硅玻璃管内，真空封装，置于加热炉于600～800℃熔炼，粉碎，筛分，得到P型Bi₂Te₃基粉末。称取质量为m的P型Bi₂Te₃基粉末装入石墨模具中，置于等离子体活化烧结炉内同时等速升温至390～510℃和加压至20～100MPa，保温保压3～20min，随炉冷却，取出模具，脱模，即得多孔的P型Bi₂Te₃基热电材料。本发明工艺简单、成本低和效率高，制得多孔的P型Bi₂Te₃基热电材料致密度低、ZT值高和服役时间长。

技术领域

本发明属于P型Bi₂Te₃基热电材料技术领域。具体涉及一种多孔的P型Bi₂Te₃基热电材料及其制备方法。

背景技术

随着化石能源的使用带来的环境恶化问题的凸显，以及人们节能环保意识的增强，越来越多的新能源技术被开发出来。温差发电技术就是一种可以直接将热能转换为电能的环境友好的绿色固态发电技术，在利用汽车尾气、工厂废热、太阳能、地热能等进行温差发电方面具有广阔的应用前景。决定材料热电转换效率的无量纲热电优值可以用ZT值表示： ZT＝(S²σ/κ)T，式中ZT为无量纲热电优值系数、S为塞贝克系数、σ为电导率、κ为热导率、 T为绝对温度。一种性能优良的热电材料应该满足高电动势、高电导率和低热导率的要求。

目前，Bi₂Te₃基热电材料已被广泛应用于半导体致冷与温差发电领域，其批量生产方法大多采用区域熔炼法，获得的材料的取向度高且电性能优越，但机械性能较差，材料利用率不足50％。在最近的研究和生产中，为了克服区域熔炼产品强度低的缺陷，很多科研单位和企业正试图使用粉末冶金方法制备Bi₂Te₃基热电材料，在提高其机械性能的同时，通过细化晶粒，降低其热导率，从而提高ZT值。在现有的研究和生产中，研究者或者生产单位一般会制取高致密或全致密的产品，其目的是为了保证好的电输运性能，但高致密度产品会存在如下缺陷：一、虽然高致密度材料会提高电导率，但热导率也会相应增加，导致电导率与热导率的比值偏低，从而削弱了材料的ZT值，降低了材料的热电转换效率；二、高致密度材料内热应力较大，在中低温服役过程中材料的热膨胀性较大，热稳定性较差，导致材料服役寿命较短；三、高致密度材料意味着相同体积的材料所需原料更多，增加了材料成本，降低了企业的经济效益。

发明目的

本发明旨在克服上述技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、生产周期短、生产效率高和生产成本低的多孔的P型Bi₂Te₃基热电材料的制备方法，用该方法制备的多孔的P型Bi₂Te₃基热电材料致密度低、热电转换效率高、热应力小和服役时间长。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：

第一步、先按Bi︰Sb︰Te的物质的量之比为x︰(2-x)︰3配料，0.30≤x≤0.60，得到Bi_xSb_2-xTe₃的原料，即得配料A；再称取所述配料A的0.01～4.00wt％的Te，即得配料B。然后将所述配料A和配料B混合，装入石英玻璃管或高硼硅玻璃管内，真空封装。

第二步、将真空封装后的石英玻璃管或高硼硅玻璃管置于加热炉内，在600～800℃条件下熔炼5～120min,制得P型Bi₂Te₃基合金锭。