[发明专利]一种协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法

说明书

一种协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法，它涉及提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法。本发明要解决现有引入纳米粒子形成的纳米复合材料，采用通常的机械混合的方式很难将其均匀分开的问题。制备方法：一、按照化学通式称取Yb块、Co块、Sb颗粒和Si片并混合均匀；二、将混合物在一定温度下熔融，冷却后得到铸锭；三、将铸锭置于底部设有孔的石英管内，然后放入甩带机中，加热铸锭直至熔融，将其喷注在铜辊上，得到薄带；四、将薄带研磨成细粉，将细粉至于石墨模具中，在一定温度及压力下烧结，得到纳米复合热电材料。本发明适用于协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法。

技术领域

本发明涉及提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法。

背景技术

在能源危机的背景下，寻找新能源技术已成为人们的迫切需求。其中，热电材料由于能够实现热能和电能的直接相互转化而备受关注。热电材料可以利用塞贝克效应实现温差发电，利用帕尔贴效应实现制冷。由于体积小，无噪音，无机械传动部件等特点，热电材料可用于深空探测，制冷以及工业废热回收发电等领域。然而，由于低的能量转换效率，热电器件未能实现广泛应用。热电器件的能量转化效率主要由材料的热电优值来决定。故提高材料的热电优值一直是热电研究领域追求的永恒主题。在中温热电材料中，CoSb₃基方钴矿热电材料由于机械性能好，功率因子高，对环境友好等特点一直备受青睐。然而，高的晶格热导率导致低的热电优值。1995年Slack等人提出“声子玻璃-电子晶体”的概念。基于此，可利用填充原子进入CoSb₃化合物的二十面体孔洞内，增强声子散射作用，大幅度降低合金的晶格热导率，使其成为最具应用前景的中温热电材料。尽管利用填充原子可在一定程度上明显降低方钴矿的晶格热导率，但晶格热导率仍具有进一步降低的空间。通过引入合适的纳米粒子形成的纳米复合材料不仅可以有效的散射载热声子降低晶格热导率，而且也可以改善材料的机械性能便于加工处理。然而由于纳米粒子具备高的表面能，故采用通常的机械混合的方式很难将其均匀分开。因此，在填充方钴矿中引入均匀分布的纳米粒子对于降低晶格热导率，提高材料的热电性能和机械性能具有重要的研究意义。

发明内容

本发明要解决现有引入纳米粒子形成的纳米复合材料，由于纳米粒子具备高的表面能，故采用通常的机械混合的方式很难将其均匀分开的问题，而提供一种协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法。

一种协同提高方钴矿热电材料热电性能和机械性能的方法，它是按以下步骤进行的：

一、按照化学通式为Yb_0.3Co₄Sb₁₂/xCoSi的化学计量比称取Yb块、Co块、Sb颗粒和Si片，然后混合均匀，得到混合物；其中0＜x≤0.1；

二、将混合物置于石墨坩埚内，并密封在真空度为0.1Pa～1Pa的石英管内，将封好的石英管置于高温马弗炉中，以升温速度为100℃/min～150℃/min，将高温马弗炉升温至1100℃～1150℃，并在温度为1100℃～1150℃的条件下，保温3h～5h，然后随炉冷却至室温，得到铸锭；

三、将铸锭置于底部设有一个直径为0.3mm～0.5mm孔的石英管内，然后将装有铸锭的石英管放入甩带机中，利用感应线圈加热铸锭熔融，在喷压力为0.05MPa～0.1MPa的条件下，将熔融的铸锭喷注在转速为40ms^-1～50ms^-1的铜辊上，冷却，得到薄带；

四、将薄带研磨成粒径为2μm～5μm的细粉，然后将其至于石墨模具中，在温度为720℃～750℃及压力为90MPa～100MPa的条件下，烧结30min～60min，得到Yb_0.3Co₄Sb₁₂/xCoSi纳米复合热电材料。

本发明的有益效果是：