[发明专利]一种α-MgAgSb基纳米复合热电材料及其制备方法

说明书

本发明属于热电材料的制备技术领域，公开了一种α‑MgAgSb基纳米复合热电材料及其制备方法，其中，该复合热电材料是在未掺杂的α‑MgAgSb热电材料内掺入SnTe纳米材料，由此得到α‑MgAgSb基纳米复合热电材料。本发明通过对掺杂物质的组成及相应制备方法进行改进，通过向单相α‑MgAgSb材料中掺入纳米复合窄带隙p型SnTe半导体，制备得到了一种α‑MgAgSb系纳米复合热电材料，大幅提高了α‑MgAgSb基材料的热电性能，相较于常规的晶格掺杂的α‑MgAgSb热电材料提升效果显著，具有很好的工业化生产和应用前景。

技术领域

本发明属于热电材料的制备技术领域，更具体地，涉及一种α-MgAgSb基纳米复合热电材料及其制备方法，该复合热电材料是一种具有新颖成分设计的α-MgAgSb系新型纳米复合热电材料。

背景技术

热电材料的温差发电其能量转化的最大效率受限于热电材料的热电优值ZT：

基于上式，热电优值ZT，与该工作温度下材料的Seebeck系数(S)、电导率(σ)以及热导率(κ)有关，在这三个互相耦合的参数中，S²σ表征了材料的电输运能力，称之为功率因子(Power factor,简写PF)，而κ表征了材料的热输运能力。因此，为了获得最大的能量转化效率，科研人员均希望热电材料拥有高的电输运能力的同时又具有极低的热导率。

MgAgSb(以下简称MAS)合金具有复杂相变，分别存在高温相γ-MgAgSb，中温相β-MgAgSb以及室温相α-MgAgSb，但是只有室温相α-MgAgSb表现出良好的热电性能。α-MgAgSb基合金具有组成元素地壳储量丰富，性能优异的优点，是一种非常有潜力的近室温区热电材料。对于α-MgAgSb材料，现有的高温熔炼法和机械合金化法制备得到的α-MgAgSb基体(见①Ying,P.,Li,X.,Wang,Y.,Yang,J.,Fu,C.,Zhang,W.,Zhu,T,et al.AdvancedFunctional Materials,2017，27(1),1604145；②Liu,Z.,Wang,Y.,Mao,J.,Geng,H.,Shuai,J.,Wang,Y.,Ren,Z,et al.Advanced Energy Materials,2016，6(7),1502269.)，当前存在以下主要问题：(1)α-MgAgSb电导率较低，功率因子较低。(2)当前常规晶格掺杂手段对α-MgAgSb的功率因子的提升幅度约为10％～20％，效果并不显著。(3)常规晶格掺杂元素如Pb、La、Yb等元素具有毒性大、不环保、高成本等缺点。因此，找寻一种节能环保、低成本并且保证具有优异热电性能的α-MgAgSb系纳米复合热电材料非常重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种α-MgAgSb基纳米复合热电材料及其制备方法，其中尤其通过对掺杂物质的组成及相应制备方法进行改进，通过向单相α-MgAgSb材料中掺入纳米复合窄带隙p型SnTe半导体，制备得到了一种α-MgAgSb系纳米复合热电材料，大幅提高了α-MgAgSb基材料的热电性能，获得了具有高的电输运能力的热电材料，相较于常规的晶格掺杂的α-MgAgSb热电材料提升效果显著，具有很好的工业化生产和应用前景。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种α-MgAgSb基纳米复合热电材料，其特征在于，该复合热电材料是在未掺杂的α-MgAgSb热电材料内掺入SnTe纳米材料，由此得到α-MgAgSb基纳米复合热电材料。

作为本发明的进一步优选，所述α-MgAgSb基纳米复合热电材料中，Mg元素与SnTe两者的摩尔比为(1-x)：x，x≤0.04；

优选的，所述未掺杂的α-MgAgSb热电材料其化学组成满足Mg、Ag、Sb三者的原子比为1∶1∶1；所述SnTe纳米材料的粒径不超过100nm，优选为20～50nm。