[发明专利]一种CuSe块体热电材料的快速制备方法

说明书

本发明公开了一种CuSe块体热电材料的快速制备方法，属于热电材料制备技术领域。本发明的一种CuSe块体热电材料的快速制备方法，包括以下步骤：步骤一、原料配制、冷压成型、真空密封；步骤二、微波熔融，保温处理，淬火处理；步骤三、CuSe热电合金的破碎、球磨；步骤四、热压烧结、退火处理。本发明通过将微波熔融与热压烧结相结合，并控制合成与烧结过程中的各种工艺参数，使CuSe热电材料的组织中原位析出纳米晶粒，从而显著降低CuSe热电材料的热导率，获得热电性能优越、组织和性能分布均匀且具有单一相的CuSe块体热电材料。

技术领域

本发明属于热电材料制备技术领域，更具体地，涉及一种CuSe块体热电材料的快速制备方法。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题的日益加剧，作为一类新型能量转换材料的热电材料受到了各国的普遍重视。热电材料能够实现热能和电能的直接转换，利用其赛贝克效应和帕尔贴效应，它可应用于温差发电与制冷。目前制约热电材料大规模应用的主要原因是材料的热电转换效率低下，生产成本高。热电材料的热电性能一般采用无量纲的热电优值(ZT)来进行衡量，其中，S是Seebeck系数，ρ是电阻率，κ是热导率，T是热力学温度。要想使热电材料取得较高的ZT值，除了拥有好的电性能参数外，应尽可能地降低其热导率。

CuSe热电材料不含Te等稀有元素、丰度较高，材料成本低廉且对环境无污染，且CuSe化合物一方面具有复杂的晶体结构，在高温下由于Cu⁺的类液态行为导致的横波阻尼效应，因此具有较低的热导率，另一方面，CuSe热电材料表现出较高的赛贝克系数，使得CuSe化合物有可能成为理想的热电材料。

目前，CuSe的合成方法主要有以下几种：(1)水热法，水热法就是在反应釜中，以水为反应介质，利用一个高温高压的反应条件，使通常不溶或难溶的物质溶解、反应再结晶出来的过程。水在反应中既是反应物的溶剂也是压力传递的媒介。此方法需要的时间长，并且会产生废液；(2)超声辐射法，超声波化学又称声化学，是采用声空化能来控制加速化学反应，是声能量与物质间的一种特殊的作用方式；(3)电化学法，电化学法是采用电化学手段来合成我们所需要的纳米材料，这种方法的吸引力主要在于简单，低成本，反应条件温和可控，所制得的纳米粒子纯度高，对环境污染小等，是一直非常有前途的合成、组装纳米材料的方法，并适合大规模生产；(4)牺牲模板法，牺牲模板法可以分成软/硬模板两种，其中软模板包括了生物模板法、SSA模板法等；硬模板法则包括了沸石分子筛模板、碳纳米管模板、自牺牲模板及阳极氧化铝模板等；(5)其他方法。

但是由于CuSe中Cu⁺表现出的强的离子性，CuSe材料的电导率不高，从而影响CuSe的整体热电性能，因此如何进一步提高CuSe材料的热电性能对于CuSe的推广应用具有重要的意义。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服采用现有技术制备CuSe块体热电材料存在的不足，提供了CuSe块体热电材料的快速制备方法。采用本发明的技术方案，能够制备出热导率较低，组织和性能分布均匀，电导率较高，且具有单一相的CuSe块体热电材料，且所用设备和操作简单，耗费时间较短，成本较低。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种CuSe块体热电材料的快速制备方法，包括以下步骤：

步骤一、原料配制、冷压成型、真空密封；

步骤二、微波熔融，保温处理，淬火处理；

步骤三、CuSe热电合金的破碎、球磨；

步骤四、热压烧结、退火处理。

更进一步的，所述步骤一中采用质量分数均不小于99.99％的Cu、Se金属单质粉为原料，按1:1的化学计量摩尔比进行混合配制。