[发明专利]一种高性能PbTe基固溶体热电材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能PbTe基固溶体热电材料及其制备方法，所述热电材料的化学式为Na_xEu_0.03Sn_0.02Pb_0.95‑xTe，其中，x＝0.01～0.05，具体制备时采用按按化学计量比称取单质原料Na、Eu、Sn、Pb和Te真空封装后，依次进行一次熔融淬火、二次热处理淬火，最后热压烧结的方法即值得目的产物。与现有技术相比，本发明制得了低热导高性能的热电材料，探索出制备高致密度、高机械强度和高热电性能的热电材料的方法，该热电材料在温度为850K时达到热电峰值zT～2.6，是一类极具潜力的高性能热电材料。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，尤其是涉及一种高性能PbTe基固溶体热电材料及其制备方法。

背景技术

随着全球经济的飞速发展,经济受资源和环境约束的矛盾接近临界。节能和环保成为世界两大重要发展战略。热电材料是利用热电效应可以实现热与电的直接转换，具有尺寸小、质量轻，工作无噪声，无污染的特点；可实现精确控温，响应速度快，器件使用寿命长。是一类清洁、无碳、可持续发展能源技术，因而在废热回收和航天航空等关键领域发挥了重要作用，有着广泛的应用前景，在环境污染和能源危机日益严重的今天，进行热电材料的研究具有很强的现实意义。

热电材料的转换效率取决于无量纲热电优值zT，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。

如中国专利201710845594.X公开了一种基于Ga元素掺杂有效提高PbTe热电性能的方法，其按1:x:1-x的元素比例分别称取Pb粉、Te粉和Ga块，其中x的值分别取0.01～0.05，研磨混合压制成片后放入石英管内抽真空封管，依次烧结、放电等离子体烧结，得到Ga掺杂的PbTe化合物热电材料。该专利制得的PbTe基热电材料在Ga掺杂量控制在Pb_0.97Ga_0.03Te的热电优值在823K可达1.32，相较于母体有较大的提升，但是，仍难以满足部分对热电材料的热电优值要求极高的场合。

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高性能PbTe基固溶体热电材料及其制备方法，通过调控能带结构解耦电学参数可提升材料电学性能，能在有效保证塞贝克系数不降低的前提下提高材料的电导率，即大幅提升材料的功率因子获得高热电优值。通过缺陷调控增大晶格应变，增强声子散射，降低材料的唯一独立参数晶格热导率κ_L可在保证优良电学性能的前提下大幅改善材料的热输运性能，从而获得高性能的热电材料。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的之一在于提出一种高性能PbTe基固溶体热电材料，其化学式为Na_xEu_0.03Sn_0.02Pb_0.95-xTe，其中，x＝0.01～0.05。优选的，x＝0.02～0.03。更优选的，x＝0.03。

本发明的目的之二在于提出一种不同于常规的高性能PbTe基固溶体热电材料的新的制备方法，包括以下步骤：

(1)真空封装：