[发明专利]一种Ga元素掺杂In2

说明书

本发明公开了一种结晶度高、杂质少、致密度高、热导率低的Ga元素掺杂In₂O₃(ZnO)₃热电材料及其制备方法与应用。所述的结晶度高、杂质少、致密度高、热导率低的Ga元素掺杂In₂O₃(ZnO)₃热电材料是以In₂O₃、ZnO和Ga₂O₃为原料制备得到，所述的所述的结晶度高、杂质少、致密度高、热导率低的Ga元素掺杂In₂O₃(ZnO)₃热电材料为超晶格结构，在973K高温下：热导率为1.40～1.65 Wm^‑1K^‑1，ZT值在0.15~0.25；且在温度700℃下均不发生相变。本发明提供Ga元素掺杂提高In₂O₃(ZnO)₃热电优值的方法，可用于In₂O₃(ZnO)₃掺杂样品的制备以及性能的提高，工艺简单，可重复性高。该方法通过掺杂量来控制In₂O₃(ZnO)₃的成相度、致密度、微结构；所制得的Ga元素掺杂In₂O₃(ZnO)₃氧化物结晶度高、杂质少、致密度高、热导率低以及热电性能高等特性。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种结晶度高、杂质少、致密度高、热导率低的Ga元素掺杂In₂O₃(ZnO)₃热电材料及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业水平的不断进步，特别是新兴发展中国家的崛起，全球的能源需求量日益增大，但是也带来了严重的环境问题。基于此，环境友好的可再生能源研究成为人们关注的重点。热电材料是一种能够实现各种热量无污染地产生电能，如太阳能、工业废热、CPU耗散及人体温差等，即只要存在温差，就可以输出能量，这对资源的有效利用会产生深远的影响。热电材料的能量转换通常利用无量纲优值ZT来衡量。高性能的热电材料要求大的seebeck系数、高的电导率以及低的热导率。热电材料是一种功能材料，利用固体内部载流子运动可以直接实现热能和电能的相互转换，在温差发电和制冷方面具有广泛的应用前景。全球性环境恶化和能源危机日益威胁人类的生活，因此寻找绿色环保的新型能源非常迫切，热电材料是新能源材料的热点之一。热电发电制冷装置具有工作无噪音、结构紧凑、无污染、可靠性高、寿命长等优点，其应用范围涉及到民用、军用和航空航天等许多领域。氧化物热电材料具有原料低成本、无污染、高温稳定等有点，是热电材料领域较新的研究方向。决定材料热电转换效率的关键参数“无量纲热电优值”ZT=（S²σ/ κ）T：其中：S为塞贝克系数、σ为电导率、κ为热导率，T为温度。一种性能优良的热电材料应该满足高电动势、高电导率和低热导率的要求。

目前，技术上较为成熟、性能较好的热电材料多为金属半导体合金，虽然其热电转换相率相对较高，但在高温下不稳定和容易氧化，且多数原料价格昂贵，并含有对人体有害的重金属。相比之下，氧化物热电材料具有优良的热稳定性、化学稳定性、高温抗氧化稳定性且安全无毒，但由于电导率较低和电输运性能较差，热导率高，导致无量纲热电优值ZT不高，限制了他的应用。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种结晶度高、杂质少、致密度高、热导率低的Ga元素掺杂In₂O₃(ZnO)₃热电材料；第二目的在于提供所述的结晶度高、杂质少、致密度高、热导率低的Ga元素掺杂In₂O₃(ZnO)₃热电材料的制备方法；第三目的在于提供结晶度高、杂质少、致密度高、热导率低的Ga元素掺杂In₂O₃(ZnO)₃热电材料的应用。