[发明专利]TiCoSb基高熵热电材料及其制备方法与热电器件

说明书

本发明公开了一种TiCoSb基高熵热电材料及其制备方法和应用。本发明TiCoSb基高熵热电材料，其化学式为Ti1‑xMxCo1‑yNiySb1‑zSnz；x＝0.2～0.8，y＝0～0.2，z＝0～0.3，所述M包括V、Nb、Hf、Zr、Sc、Y、Ta、Mo元素中任意4‑5种元素。其制备方法包括按照TiCoSb基高熵热电材料所含元素的化学计量比称取各纯金属原料，并进行熔炼处理和退火处理及放电等离子体烧结步骤。本发明TiCoSb基高熵热电材料具有低的晶格热导率。所述TiCoSb基高熵热电材料的制备方法工艺条件易控，保证了制备的TiCoSb基高熵热电材料微观形貌和物化性能稳定，而且制备的效率高，降低了生产成本。

技术领域

本发明属于热电转换技术领域，具体的是涉及一种TiCoSb基高熵热电材料及其制备方法与热电器件。

背景技术

随着经济全球化的飞速发展，煤、石油、天然气等不可再生能源大量消耗，能源利用越来越紧张，而且此类能源对环境有着十分严重的污染。目前，研究人员纷纷致力于开发环境友好型的新能源以及如何提高可再生能源的使用效率来应对当前日益严重的环境污染及能源短缺问题。固体热电转换技术是一种将热能和电能之间直接转换的具有广泛应用前景的环境友好型能量转换技术，已经引起科学家们的高度重视。利用温差技术将热能转换为电能的热电材料作为一种具有商业化开发潜质的新型清洁能源材料，能够将工业余热、汽车尾气等热能直接转换为我们所需的电能。而HH合金以其优异的电学性能和机械性能，良好的热稳定性，广泛应用于固体热电材料研究。

热电材料能够以环保以及低成本的方式回收工业应用和汽车尾气中排放的废热，由于这些废热的温度约500℃，所以在这方面中高温热电材料更有应用前景。在中高温热电材料中，PbTe、skutterudites和Half-Heusler已经得到了大量的研究，其中PbTe材料具有毒性和较弱的力学性能，skutterudites的热稳定性较差，使它们在工业应用中受到了限制，而Half-Heusler热电材料并不显示有此类问题，它有着优异的电学性能和机械性能，良好的热稳定性，并且相对廉价的组成元素，都使它具有很大的研究价值。但由于Half-Heusler热电材料的热导率较高(约10Wm-1K-1)，导致传统的n型和p型Half-Heusler热电材料的最高ZT值分别为0.5和0.4左右。所以Half-Heusler热电材料是需要进一步降低热导率，从而获得更优越的转换效率。

热导率作为一种衡量热电性能的参数，它是反映材料热传导能力的物理量，与材料本身的热容和热扩散有关。对于固体材料而言，主要靠自身晶格振动和载流子的迁移来进行内部热量的传递。通常认为材料的热导率主要由材料内部晶格热导率其自身携带的载流子热导率所组成，而其中晶格热导率是材料内部的热量利用声子的形式传播而形成的，而声子在传播过程中会发生不断的碰撞、增殖，与材料晶格的振动密切相关，要使Half-Heusler热电材料有更大的应用，就必须在热导率或晶格热导率的方面做研究。传统降低热导的方法有通过掺杂重元素形成质量波动和晶体起伏场效应增强声子散射，或者添加纳米颗粒作为附加的声子散射中心来降低热电材料的晶格热导率。但是降低热电材料的热导率效果依然不理想。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种TiCoSb基高熵热电材料及其制备方法，以解决现有热电材料导热率过高的技术问题。