[发明专利]一种室温新型热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种热电材料，具有式Ⅰ化学式：Bi_1‑xA_xTe式Ⅰ；其中，A选自As或Sb；0≤x≤0.5。本发明中所提供的这种热电材料具备较高的电导率和较低的晶格热导率，其热电优值可达到～0.35，是一种在室温附近具备可观热电性能的新型热电材料。因此，其丰富了本领域中室温热电材料的种类，有望用于制作Peltier制冷器件。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种室温新型热电材料及其制备方法。

背景技术

电子信息、智慧医疗等产业的蓬勃发展对快速降温、精确控温提出了迫切的需求。热电材料具有显著的Peltier效应，能够实现电能到热能的直接转化。基于Peltier效应的热电制冷器能够将温度降至室温以下，且具有温度精确可控、体积小、重量轻、无传动部件、无工作噪音等特点，因此在固态制冷领域有着巨大的商业潜力。Peltier制冷器的转换效率与热电材料自身的性能紧密相关。热电材料的性能由无量纲热电优值ZT来描述(ZT＝α²σΤ/κ，其中α为材料的Seebeck系数，σ·为材料的电导率，T为绝对温度，κ·为材料的热导率)。目前在室温附近具有优异的电输运与热输运性能、可用于制作Peltier制冷器的只有Bi₂Te₃基【X.Yan,et al.,Nano Lett.,10,3373–3378(2010).】、Mg₃Bi₂基【J.Mao,et al.,Science,10.1126/science.aax7792(2019).】等极少数几种热电材料。因此，开发一款在室温附近具备优异热电性能的新型热电材料用于固态制冷器件，将为半导体制冷器的商业化之路提供更多种选择。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种在室温附近具备可观热电性能的热电材料及其制备方法，本发明提供的热电材料丰富了室温热电材料的种类，有望用于制作Peltier制冷器件。

本发明提供了一种热电材料，具有式Ⅰ化学式：

Bi_1-xA_xTe 式Ⅰ；

其中，A选自As或Sb；0≤x≤0.5。

优选的，0≤x≤0.3。

优选的，所述热电材料选自BiTe、Bi_0.9Sb_0.1Te、Bi_0.8Sb_0.2Te或Bi_0.7Sb_0.3Te。

本发明还提供了一种上述热电材料的制备方法，包括以下步骤：

a)在保护气氛条件下将Bi、A和Te混合，得到混合物；

将所述混合物在真空密闭条件下进行高温熔融，得到熔体；

将所述熔体淬火得到锭体；

A选自As或Sb；

b)将所述锭体在真空密闭条件下进行退火，得到退火后的锭体；

c)在保护气氛条件下，将所述退火后的锭体研磨成粉末；然后在真空条件下，将所述粉末进行热压烧结，得到热电材料。

优选的，所述高温熔融的方法为：以1～3℃/min的升温速率从室温升温至900～1100℃，并保温11～13小时；

所述淬火为将所述熔体在冰水中淬火。

优选的，所述退火的方法为：

以3～5℃/min的升温速率从室温升温至420～440℃，并保温48～96小时后冷却至室温。