[发明专利]一种立方结构CoSbS热电化合物的制备方法

说明书

本发明提供了一种立方结构CoSbS热电化合物的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤1)将原料置于球磨罐中，所述原料包括按一定摩尔比混合的Co粉、Sb粉和S粉；步骤2)湿法球磨；步骤3)对经湿磨后的产物进行干燥处理，得到干燥粉末前驱物；步骤4)对所得到的粉末前驱物压制成块体；步骤5)将压制成的块体进行高压合成，得到立方结构CoSbS化合物，其中，在所述步骤(5)中高压合成是在高温高压装置上进行的，合成过程包括将块体样品包裹氮化硼绝缘管，装入叶腊石合成块中，进行高压合成，采用的合成压力为大于2GPa。本发明的方法可以有效获得立方结构的CoSbS热电化合物，工艺简单周期短。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体而言，本发明涉及高压合成工艺领域，尤其是立方结构的CoSbS基热电材料的制备方法。

背景技术

近年来以石油为代表的传统化石能源日益枯竭，价格不断攀升。同时化石能源的大量使用导致了环境日益恶化。能源和环境问题迫使人们对新能源及能源转换材料越来越重视。热电材料是一种能够实现热能和电能直接转换的功能材料，利用它可做成温差发电机，从而有效地利用工业中大量的余热、废热。热电器件没有任何机械运动部件，也无需流动的物质作为能量转换介质，因此具有便携、性能可靠、无污染、无噪音、使用寿命长等优点。目前商业化应用的温差发电用热电材料主要是PbTe和SiGe合金，Te和Ge价格较为昂贵，Pb对环境和人体的危害较大。寻找廉价、环境优化热电材料对于其工业化应用具有重要意义。

热电材料中性能较高的材料大多具有高对称性晶体结构，例如PbTe、CoSb₃、Mg₂Si均具有对称性最好的立方晶系。高晶体对称性材料通常具有高的能带简并度，有多条等效通道同时参与电子的运输，有利于获得高的电输运性能，而大多数无机材料具有非立方结构的低对称性结构。

CoSb₃具有高对称性是由其分子结构决定的，其晶系本身就具有高对称性，但是Sb单质成本很高，导致相应的CoSb₃的整体成本很高。但是对于CoSbS等相对成本更低的热电材料而言，由于其自身晶系并非立方晶系，采用通常的制备方式并不能获得高对称性的立方结构热电材料。

发明内容

针对上述问题，本发明希望提供一种通过基于CoSbS获得高材料晶体结构对称性的热电材料的方法，以便获适合在600～900K温度区间工作的高性能热电材料并缩减制备周期、提高重复性降低成本和能耗。

具体而言，本发明提供一种立方结构CoSbS热电化合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1)将原料置于球磨罐中，所述原料包括按一定摩尔比混合的Co粉、Sb粉和S粉；

步骤2)对球磨罐进行去氧和/或保护处理并注入无水乙醇，并将经处理的球磨罐固定在球磨机上，湿磨预定时间；

步骤3)对经湿磨后的产物进行干燥处理，得到干燥粉末前驱物；

步骤4)对所得到的粉末前驱物压制成块体；

步骤5)将压制成的块体进行高压合成，得到立方结构CoSbS化合物，

其中，在所述步骤(5)中高压合成是在高温高压装置上进行的，合成过程包括将块体样品包裹氮化硼绝缘管，装入叶腊石合成块中，进行高压合成，采用的合成压力为大于2GPa。

优选地，所述步骤(5)中合成温度为950-1150℃，100～200℃/min，烧结时间为30min。

优选地，所述原料包括99.5％以上的Co、Sb、S。

优选地，在所述湿法球磨步骤中，球料质量比为20:1，转速为300转/分，预定时间段为4小时。