[发明专利]一种电极以及NbFeSb/Mo热电结的制备方法

说明书

本发明公开了一种与NbFeSb基Half‑Heusler热电材料相匹配的金属Mo电极，所选用的Mo电极稳定性、电导率及热导率都很高，与NbFeSb的界面接触电阻非常小，有利于完全发挥高性能NbFeSb热电材料的热电转换性能。本发明还公开了所述热电材料与Mo电极结合制备NbFeSb/Mo热电结的方法，具体采用粉末烧结的方式将NbFeSb合金粉末与Mo粉经过放电等离子体烧结进行连接，该工艺流程短、步骤少、操作简便，且能使Mo电极与热电材料的界面结合更好，热稳定性更高，大大提高了器件使用寿命。

技术领域

本发明涉及热电元器件的电极选择和制备技术领域，具体涉及一种与NbFeSb基Half-Heusler热电材料相匹配的电极以及NbFeSb/Mo热电结的制备方法。

背景技术

能源危机和环境恶化日益严重，新能源的探索和开发迫在眉睫，新的能源转化形式依然是目前科学家研究的重点。而热电发电器是一种新型的清洁能源转换技术，被认为是一种能利用废热的系统，例如将汽车排放出的余热转化为电能。

Half-Heusler合金是一类新型的高温热电材料，其中，(Zr,Hf)NiSn合金作为一种N型Half-Heusler热电材料其热电优值已经达到了1左右，而(V,Nb)FeSb基Half-Heusler合金作为P型热电材料，其最高热电优值已经达到了1.6，因此Half-Heusler合金作为中高温区热电材料具有很好的应用前景。

在热电器件的商业化应用中，除了对热电材料本身的热电性能有要求之外，选择合适的电极材料也是至关重要的，这是由于热电材料必须与对应的电极材料匹配才能更有效地将转换的电能输送出去。

电极材料的选取原则如下：1)电导率要高，从而减小电能在电极上的损耗；2)热导率要高，从而维持一个稳定的温度梯度；3)线膨胀系数尽量与对应的热电材料匹配，从而减小界面热应力的产生；4)与热电材料之间的界面接触电阻要低，从而减少能量损耗；5)界面稳定性要高，从而提高器件使用寿命；6)与热电材料之间形成良好的界面结合，防止器件损坏。

由于Half-Heusler合金常用于中高温服役，以前的相关研究主要采用的电极材料是Ag电极，但是，Ag电极与Half-Heusler合金之间大的接触电阻严重制约了热电材料热电性能的充分发挥。

其中，接触电阻对热电性能的影响可以表征为：zT_eff＝zT·L/(L+2ρ_cσ)，式中：zT_eff为器件有效热电性能；zT为材料热电性能；·L为热电臂的长度；ρ_c为热电臂与金属电极之间的接触电阻；σ为热电臂材料的电导率。

而为了减小接触电阻对器件有效热电性能的恶化，接触电阻应<1μΩcm²。但是，大部分Half-Heusler合金与Ag电极连接形成的热电结，Half-Heusler/Ag的接触电阻并未达到要求。如文献中公开了p-type ZrCoSb/Ag热电结的接触电阻为100μΩcm²(Highperformance p-type segmented leg of misfit-layered cobaltite and half-Heusleralloy.Energy Conversion and Management 2015,99,20-27)。另有文献还公开了n-typeTiNiSn/Ag热电结的接触电阻为350μΩcm²(On the Challenges of Reducing ContactResistances in Thermoelectric Generators Based on Half-Heusler Alloys.Journalof Electronic Materials 2016,45(1),594-601)。

发明内容