[发明专利]一种高性能PbTe-SnTe合金基热电材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能PbTe‑SnTe合金基热电材料及其制备方法，热电材料的化学式为Na_0.02Sn_xPb_0.98‑xTe，其中x＝0～0.04，具体制备时采用按按化学计量比称取单质原料Na、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800K时达到热电峰值zT～1.8，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，尤其是涉及一种高性能PbTe-SnTe合金基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。

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-SnTe合金基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：

本发明的目的之一在于提出了一种高性能PbTe-SnTe合金基热电材料，其化学式为Na_0.02Sn_xPb_0.98-xTe，其中x＝0～0.04。

优选的，x＝0.01～0.04。更优选的，x＝0.01～0.03。进一步更优选的，x＝0.02。

本发明的目的之二在于提出了一种不同于常规的的高性能PbTe-SnTe合金基热电材料的新制备方法，包括以下步骤：

(1)真空封装：按化学计量比称取单质原料Na、Sn、Pb和Te，混合均匀后真空封装在石英管中；

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

(3)热处理淬火：再将第一铸锭真空封装在另一石英管中，热处理，淬火冷却，得到第二铸锭；