[发明专利]一种镁锑基热电元件及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种镁锑基热电元件，所述镁锑基热电元件包括：位于该热电元件中心的镁锑基热电材料基质层、附着在所述基质层的两个表面的过渡层以及分别附着在两个过渡层表面的两个电极层；

其中，所述镁锑基热电材料的组成为Mg_3.3-xZ_xBi_0.5Sb_1.5-yTe_y，其中，0≤x≤0.1，0.01≤y≤0.05，Z为选自Mn、Ni、Cr和Nb中的一种或多种元素；所述过渡层的材料为镁铜合金和/或镁铝合金；所述电极层的材料为铜；

其中，所述镁铜合金的组成为Mg_mCu，0.5≤m≤3，所述镁铝合金的组成为Mg_nAl，0.05≤n≤0.95。

2.根据权利要求1所述的镁锑基热电元件，其中，所述过渡层的厚度为2～500μm，所述电极层的厚度为2～500μm。

3.根据权利要求2所述的镁锑基热电元件，其中，所述过渡层的厚度为2～100μm，所述电极层的厚度为2～100μm。

4.权利要求1至3中任一项所述镁锑基热电元件的制备方法，所述制备方法包括：将过渡层材料各元素单质按化学式比例混合成均匀的过渡层粉末，然后将镁锑基热电材料基质层、过渡层粉末以及用于构成电极层的铜箔置于模具中进行放电等离子烧结或者置于热等静压机中压制，制得所述镁锑基热电元件；或者

所述制备方法包括：通过磁控溅射和/或热喷涂方法在所述镁锑基热电材料基质层的两个表面分别形成所述过渡层和电极层，制得所述镁锑基热电元件。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述放电等离子烧结的条件包括：以每分钟30～80℃的升温速率升温到450～550℃，保温1～10分钟。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述磁控溅射方法包括：将所述镁锑基热电材料基质层固定在具有铜靶、镁靶以及选择性的铝靶的磁控溅射仪中，先在所述基质层的一个表面沉积镁铜合金和/或镁铝合金形成过渡层，再仅沉积铜层形成电极层；然后在所述基质层的另一个表面沉积镁铜合金和/或镁铝合金形成过渡层，再仅沉积铜层形成电极层，制得所述镁锑基热电元件。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述热喷涂方法包括：用金刚砂对所述镁锑基热电材料基质层的两个表面进行喷砂处理，然后采用火焰线材喷涂的方法通过燃气燃烧将镁铝合金线加热至融化并喷到所述基质层的表面形成过渡层，冷却后再采用火焰线材喷涂的方法通过燃气燃烧将铜线加热至融化并喷到所述过渡层的表面，冷却后再用同样的方式喷涂另一面，制得所述镁锑基热电元件。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的制备方法，其中，所述制备方法还包括通过放电等离子烧结法制备所述镁锑基热电材料基质层：将镁锑基热电材料中各元素单质按化学式比例放入球磨罐中球磨4～24小时得到均匀粉末，然后装入石墨模具进行烧结使粉末成为块体。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，烧结工艺为：以每分钟30～80℃的升温速率先升温到550～650℃，保温1～10分钟，再以每分钟30～80℃的升温速率升温至750～850℃，保温1～10分钟。

10.一种热电制冷器件，所述热电制冷器件包括组装在一起的n型热电元件和p型碲化铋基热电元件，其中，所述n型热电元件为权利要求1至3中任一项所述的镁锑基热电元件或者按照权利要求4至9中任一项所述方法制得的镁锑基热电元件。