[发明专利]六方ZrBeSi结构的Zintl相热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种六方ZrBeSi结构的Zintl相热电材料及其制备方法，所述Zintl相热电材料具有六方ZrBeSi结构，其化学式为A₂BC₂，其中，A为元素Eu、Sr中的一种或两种的组合，B为元素Zn或Zn与第一掺杂元素的组合，C为元素Sb、Bi中的一种或两种的组合；或其化学式为DEF，其中D为元素Eu、Sr、Ba、Ca中的一种或两种以上的组合，B为元素Cu、Ag或Au中的一种或两种以上的组合，C为元素Sb、Bi中的一种或两种的组合。本发明公开了一类新的热电材料，其热电优值与目前主流热电材料的基体性能接近，另外通过掺杂调控后，该类化合物可以实现更高的热电优值，具有一定的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，尤其涉及一种六方ZrBeSi结构的Zintl相热电材料及其制备方法。

背景技术

热电转换技术可以实现热能和电能直接相互转换，是当前新能源研究的重点课题之一。热电转换技术的核心是热电材料，热电材料可以实现热能和电能相互转化，利用热电材料的这个特性可以把生产生活中的废热通过温差发电转化为电能，能提高传统能源的使用效率，也可以对热电材料的通电来实现固态制冷。采用热电材料制造的制冷和发电系统具有体积小、重量轻、使用寿命长、工作中无噪音、无污染等优点，可用于太阳能、工业余热、汽车排放废热的转化利用及热电制冷等许多领域。热电材料的广泛应用可以有效缓解我国当前能源紧缺和环境污染问题，具有重要的战略意义。

热电材料的性能由无量纲优值ZT＝[S²σ/(κ_e+κ_L)]T表征，提高电导率σ和塞贝克系数S，同时降低热导率κ(κ是载流子热导率κ_e，晶格热导率κ_L和双极效应κ_B之和)是材料优化的关键，但该三个物理量相互关联，使得性能的优化受到实际的限制。传统的热电材料主要是室温区应用的Bi₂Te₃，中温区应用的PbTe和高温区应用的SiGe。这些材料的组成元素中，Ge、Te等价格昂贵且储量较少。因此开发新型的热电材料具有重要意义。近些年来，方钴矿、SnSe、Cu₂Se和Zintl相化合物等材料已经被证明具有优良的热电性能。

其中，Zintl相化合物具有典型的“电子晶体-声子玻璃”的结构特性。这种材料的晶体结构由阴离子基团和阳离子基团组成。其中，阴离子团之间是共价键结合，这种共价键形成的框架结构可以保证材料有很好的电导率，而阳离子与阴离子团之间是离子键结合，阳离子可以增加声子散射而降低材料的晶格热导率。根据晶体结构的不同，目前Zintl相热电材料的主要种类有AB₂X₂(1-2-2型)、A₁₄BX₁₁(14-1-11型)、A₉B_4.5X₉(9-4.5-9型)、A₅B₂X₆(5-2-6型)等，其中A为碱土金属或稀土元素，B为过渡族元素，X为Sb或Bi。这些化合物和Zintl相庞大的体系相比，只是很少的一部分。因此，还需要对更多的Zintl相化合物进行研究，开辟新的Zintl相热电体系。

发明内容