[发明专利]一种调控P型Bi2

说明书

本发明涉及一种调控P型Bi₂Te₃基材料组织及取向性的方法，具体步骤如下：(1)利用熔融法制备P型Bi0.4Sb1.6Te3合金铸锭；(2)将制备好的P型Bi0.4Sb1.6Te3合金铸锭进行破碎或球磨得到粉末样品；(3)将制备好的粉末样品置于石墨模具中，进行烧结即可。通过控制烧结前粉体粒径，实现对粉末烧结法制备的Bi₂Te₃基块体合金组织及沿着(00l)方向的取向性进行调控。随着烧结前粉体粒径的减小，所制备块体材料的组织细化，同时在垂直烧结压力方向上的样品沿着(00l)方向的取向性减弱，而在平行烧结压力方向上，样品沿(00l)方向均未表现出择优取向性。

技术领域

本发明属于热电材料制备技术领域，具体涉及一种调控P型 Bi₂Te₃基材料组织和取向性的方法。

背景技术

随全球经济的快速发展，对环境的破坏和能源的需求越来越大。传统化石能源的枯竭，现有能源利用率低下及日益严重的生态等问题的凸显，开发一种新型的替代性能源，或能源的利用和回收技术是维系人类社会持续发展的必经的途径。随着科学技术的不断发展，可实现热能和电能的直接转换、且不需要其他辅助设备的热电转换技术，为人类社会的发展提供了一种新型的能源利用和产生及回收方式。根据Seebeck效应，热电材料可以实现温差发电；基于Peltier效应，热电材料在通电的情况下可以实现制冷作用。基于热电转换技术的热电器件，其维护成本低，使用寿命长，体积小，且在工作过程中无噪音、无污染，在各个领域中均具有广泛的应用前景。

然而，当前可以被成熟应用的热电材料只有Bi₂Te₃基合金。由于该种合金材料特殊的晶体结构，电学及热学传输性能存在明显的各向异性，且沿着(00l)方向的电导率是垂直(00l)方向电导率的3-7倍，热导率则是垂直(00l)方向的2-2.5倍，故当前用于实际生产应用的主要是基于定向凝固法或区熔法制备沿(00l)方向取向性强的多晶Bi₂Te₃基合金。虽然研究表明：通过减小块体材料中晶粒的尺寸、增加结构缺陷，或者降低材料的维度，可以显著提升材料的热电性能，但是由于其生产工艺复杂、生产成本高、设备投入大、制备材料的结构和性能不稳定等因素，严重制约了这些新工艺和新方法的实际应用。

众多研究显示：通过改善Bi₂Te₃基块体合金的组织和取向性，可显著提升材料的热电性能。浙江大学赵新兵教授和朱铁军教授通过高温热挤压的方式制备了具有明显择优取向的N型和P型Bi₂Te₃基热电材料，并实现对材料热电性能优化的作用。合肥工业大学祖方遒教授课题组通过调控母相熔体状态、区熔生长时的生长速度和温度梯度，制备出具有优化的组织结构和择优取向N型Bi₂Te_2.6Se_0.4合金，并实现材料热电性能的提升。清华大学李敬峰教授课题组通过多次SPS烧结及提高SPS烧结温度，也实现了对Bi₂Te₃基合金材料的组织及取向性的调控，同时提升了材料的热电性能。由此可见，实现对块体Bi₂Te₃基合金材料组织及取向性的调控，可以有效改善材料的电声传输性能。为此，本发明提供了一种简单有效的调控P型块体Bi₂Te₃基合金材料组织及取向性的方法。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种调控P型Bi₂Te₃基材料组织和取向性的方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种调控P型Bi₂Te₃基材料组织及取向性的方法，具体步骤如下：