[发明专利]一种高性能BiCuSeO基热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能BiCuSeO基热电材料及其制备方法，热电材料具有式Ⅰ化学式：Bi_1‑x‑yA_yCu_1‑xSeO式Ⅰ；其中，A选自Ca、Sr、Ba或Pb；0＜x≤0.04；0≤y≤0.15。本发明提供的热电材料引入Bi、Cu双空位后，构筑了层间电荷转移通道，在Bi位掺入元素A(A为Ca、Sr、Ba或Pb)后，借助于Bi/Cu双空位构筑的层间电荷转移通道，显著提高了该型材料的电导率，同时维持一个相对较大的Seebeck系数，从而提高了其热电性能。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，尤其涉及一种高性能BiCuSeO基热电材料及其制备方法。

背景技术

以煤和石油为代表的化石能源的日益枯竭，以及与之伴生的温室效应、环境污染等问题，已经引起了全社会的广泛关注。因此发展新一代低碳、绿色、可持续的新能源技术迫在眉睫。热电材料能够实现电能和热能之间的直接、可逆转换。因此有望将工业废热、汽车尾气、太阳光谱的红外部分等各式各样的低品质热能转化为电能；同时，借助于热电材料能够将电能转化为热能的潜力，在无氟化制冷、精确温控等领域也有巨大的应用前景。

热电材料的转换效率取决于无量纲热电优值ZT(ZT＝α²σT/κ，式中α为材料的Seebeck系数，σ为电导率，T为绝对温度，κ为材料的总热导率，对于非磁半导体而言，总热导率包括电子热导率和晶格热导率两部分)。可见，为了获得较高的热电性能，热电材料需要具有如下性质：①Seebeck系数要大；②电导率要高；③热导率越低越好。但是对实际的材料而言，α、σ、κ三个参数是相互耦合在一起的，很难进行协同优化获得高ZT值。常用的提高材料热电性能的手段主要聚焦于：通过材料合成、制备手段调控材料在实空间的结构与组成，进而对材料在波矢空间的电子与声子色散关系、散射行为进行优化。

作为一种氧化物热电材料，BiCuSeO具有较高的Seebeck系数、较低的热导率、高温稳定性等优点。但是由于氧元素的电负性特别大，BiCuSeO的电导率很低，热电性能不佳【L.D.Zhao,et al.Applied Physics Letters,2010,97(9):092118.】，这限制了其进一步应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高性能BiCuSeO基热电材料及其制备方法，该热电材料具有较高的热电性能。

本发明提供了一种高性能BiCuSeO基热电材料，具有式Ⅰ化学式：

Bi_1-x-yA_yCu_1-xSeO 式Ⅰ；

其中，A选自Ca、Sr、Ba或Pb；

0＜x≤0.04；0≤y≤0.15。

优选地，所述0.02≤x≤0.04；0≤y≤0.06。

优选地，所述高性能BiCuSeO基热电材料具体为Bi_0.98Cu_0.98SeO、Bi_0.96Cu_0.96SeO、Bi_0.92Pb_0.06Cu_0.98SeO或Bi_0.90Pb_0.06Cu_0.96SeO。

本发明提供了一种上述技术方案所述高性能BiCuSeO基热电材料的制备方法，包括以下步骤：

按照Bi_1-x-yA_yCu_1-xSeO的化学计量比称取粉末状原料Bi、AO、Cu、Se、Bi₂O₃，在氩气保护下混合均匀，真空密封后烧结，得到锭体；所述AO选自CaO、SrO、BaO或PbO；