[发明专利]一种界面包覆优化碲基复合材料热电性能的方法

说明书

一种界面包覆优化碲基复合材料热电性能的方法，属于热电材料制备的领域，其特征在于以碲块、金属化合物和还原剂为原料，采用界面包覆的方法在碲晶界处形成Ni‑Te异质结构能量势垒，过滤低能载流子提高功率因子，散射声子降低热导率，进而提高碲基复合材料的热电性能。该方法是先将碲块在真空石英管中进行熔炼，然后依次经过淬火处理、退火处理和研磨后得到碲单质粉体；再将碲单质粉体与配置的还原液在超声发生器中进行反应，得到的反应产物经烘干和烧结后制得碲基复合材料。其优点及用途在于：通过改变还原液的浓度，可以调整Ni‑Te界面能量势垒的高度，进而调控碲基复合材料的热电性能。

技术领域

本发明一种界面包覆优化碲基复合材料热电性能的方法，属于热电材料制备的领域，具体而言是以碲块、金属化合物、还原剂为原料，采用界面包覆法实现优化碲基复合材料热电性能的技术方案。

背景技术

碲是一种单质热电材料，通过固体内部载流子和结构之间的相互作用实现热能和电能的相互转换，利用该材料制成的热电器件具有简易轻巧、无噪音、经久耐用、反应灵敏、环保可靠等优点。目前单质碲的热电转换效率较低，通过界面包覆法制备碲基复合材料，其界面处产生的能量过滤效应可以有效阻挡低能载流子和散射声子，达到提升碲基复合材料热电性能的目的。

发明内容

本发明一种界面包覆优化碲基复合材料热电性能的方法的目的在于利用界面包覆层的过滤效应和散射效应，同步降低热导率和提高功率因子，从而优化碲基复合材料的热电性能。

本发明一种界面包覆优化碲基复合材料热电性能的方法，其特征在于以碲块、金属化合物和还原剂为原料，采用界面包覆的方法在碲晶界处形成Ni-Te异质结构能量势垒，过滤低能载流子提高功率因子，散射声子降低热导率，进而提高碲基复合材料的热电性能。该方法是先将碲块在真空石英管中进行熔炼，然后依次经过淬火处理、退火处理和研磨后得到碲单质粉体；再将碲单质粉体与配置的还原液在超声发生器中进行反应，得到的反应产物经烘干和烧结后制得碲基复合材料，具体步骤如下：

1）将纯度≥99.999wt.%的碲块密封于真空度＜10^-3Pa的真空石英管中，在460-500℃熔炼10-12h后得到块体1；块体1经室温水淬后得到块体2；块体2在400-420℃退火72h得到块体3；将块体3研磨成粉体1，粒度≤45微米；将粉体1在浓度为20wt.%的氢氟酸溶液中进行敏化处理0.5-1h，用无水乙醇清洗3-5次，然后在75-80℃下烘干2-3h，得到粉体2；

2）按照质量比6:9:1.6:4.8:8依次称取纯度≥98.5wt.%，粒径≤800μm的硫酸镍晶体、纯度≥99wt.%，粒径≤500μm的次磷酸钠晶体、纯度≥99wt.%，粒径≤500μm的柠檬酸钠晶体、纯度≥99wt.%，粒径≤45μm的焦磷酸钠晶体和纯度≥85wt.%的三乙胺醇，将上述四种晶体分别溶解于8-10mL去离子水中形成硫酸镍溶液1、次磷酸钠溶液2、柠檬酸钠溶液3、焦磷酸钠溶液4；依次将硫酸镍溶液1、次磷酸钠溶液2、焦磷酸钠溶液4、三乙醇胺加入柠檬酸钠溶液3中，加入去离子水定容至50mL，获得浓度为0.3-0.9g/ml的溶液5；

3）将粉体2和溶液5按照5g:50mL比例混合后，置于超声发生器中反应10-20min；将反应产物用去离子水洗涤3-5次，在100-110℃烘干2-3h时间，得到粉体3；

4）将粉体3装入石墨模具中进行烧结，烧结温度410-420℃，压力40-45MPa，保温时间10-15min，然后关闭电源，随炉冷却获得块体样品1，并对其热电性能进行测试。

本发明一种界面包覆优化碲基复合材料热电性能的方法，其优点及用途在于：通过改变溶液5的浓度，可以调整Ni-Te界面能量势垒的高度，进而调控碲基复合材料的热电性能。

本发明一种界面包覆优化碲基复合材料热电性能的方法能够在碲颗粒界面处形成异质结构建的Ni-Te能量势垒，通过过滤低能载流子和散射声子实现增加样品功率因子和降低热导率的目的。

附图说明