[发明专利]一种稀土碲化物基高温热电材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土碲化物基高温热电材料的制备方法，所述稀土碲化物基高温热电材料的化学式为Re_3‑xTe₄，0≤x≤0.33，Re为稀土元素；所述稀土碲化物基高温热电材料的制备方法包括：（1）以Re单质块体和Te单质块体作为原料，按照稀土碲化物基高温热电材料的化学式称量并混合后，得到混合块体；（2）将所得混合块体在900～1300℃下进行加热处理，直至实现熔融，随后冷却至室温，得到熔融块体材料；（3）将所得熔融块体材料在保护气氛下进行球磨处理，得到所述稀土碲化物基高温热电材料；所述球磨处理的转速为600～1500转/分种，球磨总时间为3～24小时。

技术领域

本发明涉及一种稀土碲化物基高温热电材料(Re_3-xTe₄(Re＝La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等))的制备方法，属于材料科学领域。

背景技术

热电材料是一种可以实现热能和电能直接相互转换的半导体材料。热电转换技术利用半导体材料的塞贝克效应与帕尔帖效应直接实现热能与电能之间的相互转换。热电材料作为特殊电源和精度温控器件在航空航天空间技术和军事装备等高新技术领域己经获得了普遍应用。由于热电材料制作的热电发电模块和制冷器件具有无污染、无噪音、尺寸小、安全可靠等优点，具有广泛的应用前景。因此开发和研究新型的半导体热电材料是目前热电材料研究的一个重要方向。

热电材料的性能由热电优值ZT表示，其定义为Z＝S²σ/κ。而ZT由电导率σ、塞贝克系数S和热导率κ三个相互制约的因素所决定。虽然温差发电及半导体制冷技术具有传统技术所无法比拟的优点，但热电转换效率低的缺点大大制约了它的广泛应用，真正要使该技术得到突破性进展将有赖于热电材料性能的大幅提高。目前热电材料研究热点之一是开发具有高热电优值的新型热电材料。近年来研究较多的新型热电材料有Skutterudite(方钴矿)热电材料，以Cu₂Se为例的类液态(PLEC)热电材料，Half-Heusler化合物热电材料，Zintl相热电材料以及Th₃P₄型热电材料。Th₃P₄型热电材料是近年来发展起来的新型高温热电材料。

Re_3-xTe₄(Re＝La,Ce,Pr,Nd,Sm)基热电材料是一种具有优异高温热电性能的n型热电材料，其中目前为止所报道的文献中，La_3-xTe₄热电优值在1273K时达到1.1以上，Pr_3-xTe₄热电优值在1273K时达到1.7左右，Nd_3-xTe₄热电优值在1273K时达到1.2左右。Re_3-xTe₄(Re＝La,Ce,Pr,Nd,Sm)具有体心立方Th₃P₄晶体结构(空间群I-43d,No.220)，稀土离子为+3价，Te为-2价，最多有1/9的阳离子空位(0≤x≤1/3)。Te原子在体心位点，与Re(Re＝La,Ce,Pr,Nd,Sm)原子形成六配位的扭曲八面体。Re(Re＝La,Ce,Pr,Nd,Sm)原子周围为八配位的Te原子，可以看做Re(Re＝La,Ce,Pr,Nd,Sm)原子占据两个反转扭曲四面体的共顶点位置。由于Re_3-xTe₄(Re＝La,Ce,Pr,Nd,Sm)的晶体结构复杂且组成元素均为重元素，该材料具有极低的热导率。Re_3-xTe₄(Re＝La,Ce,Pr,Nd,Sm)在1000℃以下只存在Th₃P₄这一种晶体结构，因其具有稳定的相结构，在高温热电器件使用方面具有很大的价值。