[发明专利]一种镁锑基热电元件及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种镁锑基热电元件及其制备方法和应用，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。本发明开发出的能够适用于镁锑基热电材料的过渡层和电极层具有重要的应用意义和前景，此电极层使得镁锑基热电材料有机会进入市场，实现产业化成为可能。本发明制得的热电器件与市场上现有的碲化铋热电器件相比具有更低的成本，同时还能够节约稀有元素碲，对于节约能源，保护环境方面也是有益的。

技术领域

本发明涉及一种镁锑基热电元件及其制备方法和包含该镁锑基热电元件的热电制冷器件。

背景技术

热电材料是能够实现热能和电能直接相互转化的一种功能材料。由热电材料制成的热电元器件具有质量轻、体积小、结构简单、无噪声、零排放、使用寿命长等优点。这对于解决能源危机和环境污染等严峻问题具有重大意义，也因此受到了世界各国的高度重视。

随着新材料设计理念以及器件制备新工艺与新技术的发展，热电材料的性能逐步得到优化与提升。与此同时，热电器件也一定程度上实现了商业化，尤其是在近室温热电制冷器件方面，碲化铋材料得到了较为广泛推广和应用。然而，由于碲化铋材料成本高昂，并且有一定的毒性，限制了这类材料在热电制冷方面进一步的大规模使用。因此，发展新型近室温热电材料与器件是整个热电领域发展的战略需求，也是热电制冷产业发展的瓶颈性问题。

镁锑基合金是一种新型热电材料，从2016年开始成为了热电领域的一个研究热点。科研人员经过大量的研究，通过各种手段使得n型镁锑基热电材料的热电优值得到了很大的提高，室温热电优值ZT已经能够接近或达到0.8。

然而，相比于材料而言，有关镁锑基热电元器件的报道非常少。对于现在广泛应用在汽车空调座椅、环保型冰箱等方面的热电制冷器件，仍然使用的是传统的碲化铋基热电材料。碲化铋基热电材料与镁锑基热电材料相比成本过高，碲、铋等原料的价格远远高于镁锑等原料的价格。在高性能镁锑基热电材料被发现之前，碲化铋基热电材料在热电制冷器件方面的应用是无可替代的。但随着不断研究，镁锑基热电材料的性能也在不断的提高，在室温温区内已经可以和碲化铋基热电材料相当，这为镁锑基热电材料在制冷器件上的应用提供了基础和可能性。

然而想要实现镁锑基热电材料在热电器件中的应用，只有好的热电性能是远远不够的，还需要将这种热电材料制备成热电元器件，才能够将其进一步组装成热电制冷系统。制备热电元件的关键是开发出能与镁锑基热电材料相匹配的电极层。到目前为止，还没有关于与镁锑基热电材料相匹配的电极层的报道。传统的电极材料(例如铝、银、铜、镍等)有的无法和镁锑基热电材料紧密结合，有的接触电阻过大，有的还会与材料基体发生反应。电极材料的制备困难影响了镁锑基热电材料在器件方面的进一步应用。

因此，亟需开发一种与镁锑基热电材料相匹配的电极层，以实现镁锑基热电材料在热电器件中的应用，从而在保证室温温区内热电制冷性能的同时，降低热电制冷材料的成本，推动热电制冷产业的发展。

发明内容

为了实现镁锑基热电材料在器件方面的应用，节约材料成本，提高经济效益，本发明的目的是针对现有技术存在的局限性和缺点，开发出适用于镁锑基热电材料的电极层，进一步发明一种可以替代N型碲化铋的、基于镁锑基的热电元器件及其制备方法。利用此方法制备的，由N型镁锑基热电材料和P型碲化铋搭配组成的热电元器件能够达到现有碲化铋基热电制冷元器件的性能，同时实现成本上的大幅降低。目前国际上尚未发现有关这种热电元器件及制备方法的报道。

本发明提供了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。