[发明专利]电中性掺杂的GeTe基赝三元温差电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电中性掺杂的GeTe基赝三元温差电材料及其制备方法，在GeTe基赝三元温差电材料中掺杂电中性碲化铋Bi₂Te₃。该材料的分子式为(GeTe)_0.8‑y(Mn_0.6Pb_0.4Te)_0.2(Bi₂Te₃)_y，其中y为0.015～0.04，y为原子数。按照分子式进行原材料配制；采用中频熔炼的方法进行合金固溶体熔炼，温度800℃～1000℃，时间40min～60min；对熔炼好的合金固溶体进行粉碎过200目筛；采用热压工艺进行材料成型，压力30MPa～60MPa，温度500℃～650℃，保温保压时间40min～60min；对成型后材料进行热处理，热处理温度400℃～520℃，处理时间360min～720min。本发明掺杂具有“自补偿效应”的电中性Bi₂Te₃，改变相转变温度；同时提高材料的机械强度。

技术领域

本发明属于温差电发电技术领域，特别是涉及一种电中性掺杂的GeTe基赝三元温差电材料及其制备方法。

背景技术

GeTe基温差电材料是一种中温P型温差电材料，在300K-750K温度范围内具有优良的热电性能。但由于其本身的性能稳定性较差，在使用温度附近会发生相变反应，制约了其工程化应用。

如图1所示，由Ge-Te合金相图可以看出，GeTe基材料在500℃(700K左右)工作时，要经历一个相变，α相为三角晶系，β相为立方晶系，晶格和电物理学特性变化将直接影响材料机械性能和热电性能的稳定性。

α相的存在温度较低，β相的存在温度较高。如果可以降低α-β的相变温度，增加β相的存在空间，势必将拓宽GeTe基温差电材料的使用温度范围。现今GeTe材料多为单质掺杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种电中性掺杂的GeTe基赝三元温差电材料及其制备方法，从材料的成分和相变出发，提出了一种全新配比的电中性掺杂的GeTe基赝三元温差电材料。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电中性掺杂的GeTe基赝三元温差电材料，在GeTe基赝三元温差电材料中掺杂电中性碲化铋Bi₂Te₃。

该材料的分子式为(GeTe)_0.8-y(Mn_0.6Pb_0.4Te)_0.2(Bi₂Te₃)_y，其中y为0.015～0.04，y为原子数。

上述电中性掺杂的GeTe基赝三元温差电材料的制备方法，按照分子式进行原材料配制；采用中频熔炼的方法进行合金固溶体熔炼，温度800℃～1000℃，时间40min～60min；对熔炼好的合金固溶体进行粉碎过200目筛；采用热压工艺进行材料成型，压力30MPa～60MPa，温度500℃～650℃，保温保压时间40min～60min；对成型后材料进行热处理，热处理温度400℃～520℃，处理时间360min～720min。

本发明的有益效果是：掺杂具有“自补偿效应”的电中性Bi₂Te₃，通过填充阳离子空位减小GeTe的化学计量比偏离程度，改变相转变温度；同时用较大的Bi原子替代Ge原子将减少α相晶体结构的斜方畸变程度，提高材料的机械强度。

附图说明

图1为Ge-Te相图。

图2为不同Bi₂Te₃掺杂浓度的GeTe基材料机械性能测试曲线。

图3为相变温度测试数据。