[发明专利]一种提高N型Bi2Te2.4Se0.6半导体的热电性能和力学性能的制备方法

说明书

本发明公开了一种提高N型Bi₂Te_2.4Se_0.6半导体的热电性能和力学性能的制备方法，首先以Bi，Te，Se颗粒为原料，按照Bi₂Te_2.4Se_0.6的化学计量比称量各原料，将混合均匀后的原料熔炼，空冷至室温得到母合金；然后将母合金碾碎放入球磨机中球磨，得到原始Bi₂Te_2.4Se_0.6热电粉体；通过硝酸将Bi₂Te_2.4Se_0.6热电粉体表面腐蚀活化，然后加入化学镀铜溶液中进行化学镀铜，压制、烧结，即可获得高热电转换效率的N型BiTeSe半导体材料。本发明制备的Bi₂Te_2.4Se_0.6热电材料具有Seebeck系数高、热导率低的特点，ZT值大幅提高，特别适合于商业化大规模应用。

技术领域

本发明涉及热电材料领域，具体涉及一种提高N型Bi₂Te_2.4Se_0.6半导体的热电性能和力学性能的制备方法。

背景技术

热电材料是将热能和电能相互转换的一类功能材料，利用Seebeck效应可将热能直接转化成电能——温差发电，或利用Peltier效应通过电能驱动实现热量从冷端向热端的输运——热电制冷。目前全球每年消耗的能源有70％以上以废热的形式浪费掉，若能将这部分废热循环再利用将极大的缓解能源危机。因此，研究和开发热电功能材料已成为各国的发展战略和紧迫任务。

热电材料转换效率取决于其无量纲热电优值(ZT)。该值定义为：ZT＝S2，其中S 是材料的赛贝克系数(即热电势)，σ是电导率，κ是总热导(包括电子热导K_e和声子热导K_l)， T为服役温度。一个理想的热电材料原则应该是电短路和热开路高热电功率，即具有高的S、σ和低的κ。然而，相互依存的三个物理参数(S，σ，κ)限制了热电材料的转换效率的提升，因此需要耦合这些参数提高ZT值。

化学还原沉积是利用合适的还原剂使溶液中的金属离子还原并沉积在基体表面上的化学还原过程。由于其工艺简单，速度快和产量大，化学还原沉积法广泛应用于航空航天、汽车、电子计算机等领域。一方面，通过化学还原沉积热电粉体对其表面进行金属修饰和改性，可提高材料的热电转换效率。另一方面，由于Bi₂Te₃基热电材料存在大量的范德华力结合方式，使其容易发生解理断裂，降低材料的机械加工性能，而金属表面修饰结合粉末烧结技术可以有效改善材料的力学性能。

发明内容

为了避免上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种提高N型Bi₂Te_2.4Se_0.6半导体的热电性能和力学性能的制备方法，其合成工艺简单，经济，适宜大规模工业生产。

本发明提高N型Bi₂Te_2.4Se_0.6半导体的热电性能和力学性能的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：Bi₂Te_2.4Se_0.6母合金的制备

以Bi、Te、Se颗粒为原料，按照Bi₂Te_2.4Se_0.6的化学计量比称取各原料以及覆盖剂硼酐，混合均匀后进行熔炼，空冷至室温得到母合金；

步骤2：Bi₂Te_2.4Se_0.6原始热电粉体的制备