[发明专利]一种多晶SnSe2低成本热电材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多晶SnSe₂低成本热电材料及其制备方法，其化学式为SnBr_xSe_2‑x，x＝0～0.05；该热电材料的制备方法以单质和SnBr₂为原料，按所述的化学式的化学计量比进行配料，通过真空封装、熔融反应淬火及热处理淬火后，研磨成粉末，进行真空高温热压烧结，缓慢冷却后得到的块体材料即为热电材料。与现有技术相比，本发明制得了低导热高热电性能的高性能各向异性热电材料，探索出制备高致密度、高机械强度和高热电性能的各向异性热电材料的方法，该热电材料在温度为750K时达到热电峰值，平行于热压方向的zT为0.65，垂直于热压方向的zT为0.40，是一类极具潜力的热电材料。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其是涉及一种多晶SnSe₂低成本热电材料及其制备方法。

背景技术

能源危机和环境污染为已成为世界亟待解决的两大问题，节能和能源高效利用在我国中长期能源发展战略中占有突出的地位。热电能源转换技术是一种通过温差驱动材料内部电子定向运动，实现热能和电能直接转换的技术。该技术工作介质为电子，与传统热机相比，具有无传动部件、无噪音、全固态、零排放及零维护需求等突出优点，被认为是一类绿色可持续能源转换材料，在航空航天、军事国防、汽车工业、微电子器件等领域正发挥着重大作用。

热电材料的能源转换效率较低，是制约其大规模应用的技术瓶颈。热电材料的转换效率通常用无量纲热电热电优质zT来衡量，zT＝S²σT/κ，其中：T为绝对温度，S是塞贝克系数；σ是电导率；κ是热导率，有电子热导率κ_E和晶格热导率κ_L两部分组成。有效提高Seebeck系数S和电导率σ，同时尽可能降低热导率(包含晶格振动κ_L和电子κ_E＝LσT两个部分贡献，L为Lorenz因子)是提升性能的关键。由于影响zT值的三个电学参量S，σ和κ_E之间强烈耦合、此消彼长，使得简单提升某一性质来提升热电性能的方法受到约束。例如提高载流子浓度可提升电导率σ但会同时降低Seebeck系数S并增加电子热导率电子κ_E，很难有效提升热电性能zT。

晶格热导率作为独立的参数，增强声子散射尽可能降低材料的晶格热导率在热电研究史中一直扮演着重要的角色。具体来说，固溶引入零维点缺陷散射高频率(短波)声子，位错引入一维线缺陷散射中频声子，纳米结构引入二维面缺陷散射低频声子都可有效降低晶格热导率，并实现热电性能的提升。同时，探索和开发具有低晶格热导的新材料也逐渐成为热电材料研究的主流方向之一，层状化合物的层间范德华力可使材料具有较低的声速。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多晶SnSe₂低成本热电材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种多晶SnSe₂低成本热电材料，其化学式为SnBr_xSe_2-x，其中，x＝0～0.05。

优选的，x＝0～0.05，但不为0。

更优选的，x＝0.006～0.05，此时，载流子浓度相对较高。

优选的，x＝0.008，此时电学性能实现优化，获得较高的功率因数。

多晶SnSe₂低成本热电材料的制备方法，优选包括以下步骤：

(1)真空封装：按化学计量比，称取单质Sn、Se和SnBr₂化合物，作为原料混合均匀后真空封装在石英管中；

(2)熔融反应淬火：加热石英管，使得原料在熔融状态下充分反应，然后淬火，得到第一铸锭；