[发明专利]PbSnTe热电材料

说明书

本发明提供一种PbSnTe热电材料，将PbSnTe经高压注入多孔隙材料如阳极氧化铝或云母，形成纳米线。所述纳米线直径约5‑10nm，长度约8‑12。所述PbSnTe中掺杂有SiGe。该材料具有较高的ZT，研究发现用热电材料制成纳米线，使得ZT值难以提升这一困境,具有纳米结构的热电材料要比块材有更好的热电性质。采用本发明热电材料的热电制冷器件由于尺寸小、重量轻，制冷迅速、控制精度高、不污染环境等优点，在解决电子集成器件中“热点现象”上具有广泛的市场应用前。

技术领域

本发明涉及热电材料技术，尤其涉及一种PbSnTe热电材料。

背景技术

随着世界经济的不断发展，以石油、煤、天然气为代表的一次能源日益枯竭，生态环境污染问题层出不穷，新型能源材料的开发和应用倍受关注。热电材料是一种通过固体材料内部载流子输运实现热能与电能相互转换的功能性新材料。以热电材料为核心部件的热电器件可以制作成温差发电或温差电制冷装置，称之为热电装置。热电装置的应用无需使用传动部件；工作时无噪音、无排弃物；与太阳能、风能、水能等二次能源的应用一样，对环境没有污染；而且热电装置的核心部件热电材料服役状态稳定，使用寿命长，是具有广泛应用前景的环境友好型功能材料。

虽然其优点众多，但目前利用热电材料制成的装置其效率(<5％)仍远比传统冰箱或发电机小。所以若能大幅度提升这些热电材料的效率，将对广泛用于露营的手提式致冷器，太空应用和半导体晶片冷却等产生相当重要的影响。家庭与工业上的冷却将因热电装置无运动的部件，是坚固的，安静的，可靠的，且避免使用会破坏臭气层的含氯氟碳氢化合物。电热材料需要有高导电性以避免电阻所引起电功率之损失，同时亦需具有低热传导系数以使冷热两端的温差不会因热传导而改变。

金属合金型热电材料以其热电效率高、热电性能易控制、适用范围广等优点在众多热电材料中脱颖而出，得到广泛研究。合金型热电材料包括Bi2Te3、PbTe、Si-Ge、Cu2Se、half-Heusler(HH)合金等，其中Bi2Te3、PbTe和SiGe这三种合金是研究最早，最普遍，且已经应用的传统合金型热电材料。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种PbSnTe热电材料，该材料具有较高的ZT。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种PbSnTe热电材料，将PbSnTe经高压注入多孔隙材料如阳极氧化铝或云母，形成纳米线。

进一步地，所述纳米线直径约5-10nm，长度约8-12。

进一步地，所述PbSnTe中掺杂有SiGe。单质Si在室温下的热导率为100W/m·K，与金属Ge合金化后，SiGe的热导率大幅度降低，在温度827℃时热导率最小，ZT值(始终未能突破1)达到最大且具有良好的高温稳定性。大多数研究者们还是致力于研究掺杂改性、纳米线超晶格等低维结构等方式来提高SiGe的热电性质。

进一步地，所述PbSnTe中掺杂有纳米级Cr。掺入少量的Cr使电子态密度变形更加接近价带，增加有效质量，使塞贝克系数提高却不影响电导率。

本发明PbSnTe热电材料，与现有技术相比较具有以下优点：

1)利用传统半导体能带理论和现代量子理论，对具有不同晶体结构的材料进行塞贝克系数、电导率和热导率的计算，以求在更大范围内寻找热电优值ZT更高的新型热电材料。

2)二维或一维纳米结构都因有基座或多孔隙材料的存在而使热电材料热传导系数的测量或实际应用产生相当的困难。

3)研究发现用热电材料制成纳米线，使得ZT值难以提升这一困境,具有纳米结构的热电材料要比块材有更好的热电性质。