[发明专利]四元类金刚石化合物及其单相样品制备方法

说明书

本发明公开了一种四元类金刚石化合物及其单相样品制备方法，包括如下步骤：a.将Cu单质、In单质、Te单质、Zn单质按照Zn_2+xCu₃In₃Te₈(‑0.05≤x≤0.1)的化学计量比混合均匀作为起始反应物。b.将所述起始反应物密封于装有石墨坩埚的真空石英玻璃管中。c.将所述真空石英玻璃管置于井式炉中央部位对所述起始反应物进行熔融‑退火处理，将烧结后的产物用研钵进行研磨成细粉。d.将步骤c所得的粉末样品放置于石墨模具中，进行热压烧结，随后冷却至室温，得到块状的Zn₂Cu₃In₃Te₈热电材料。本发明提供的热电材料不含有毒元素，具有优异的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种新型四元类金刚石化合物及其单相样品制备方法。

背景技术

随着煤炭、石油等传统化石燃料过度的消耗，能源和环境问题已经成为人类面临的最严峻的挑战。科学家预测全球石油资源将在2050年消耗殆尽，其他化石能源最晚将在2100年消耗完，新能源的开发利用迫在眉睫。热电材料作为一种绿色的能源材料受到了巨大的关注。

热电材料是一种利用固体内部载流子运动，实现热能和电能直接转换的功能材料。该材料利用废热发电，或者电制冷，实现无传动部件、无噪音、无污染可靠稳定的热能转换，热电材料成为一种有广泛应用前景的新型功能材料。

热电材料的热电转换效率由一个无量纲热电优值zT来表征，其表达式为：zT＝S²σT/κ，其中σ为电导率，S为塞贝克系数，T为绝对温度，κ为热导率。而κ＝κ_e+κ_L，其中κ_L和κ_e分别为材料的晶格热导率和电子热导率，而电子热导率与电导率成正比。由表达式可知，要使材料具有较高的热电转换效率，需要材料具有高的电导率与塞贝克系数，以及尽可能低的热导率。然而，以上三个物理参数存在着相互制约、相互耦合，很难进行单独调控，例如，一般增大电导率σ会使塞贝克系数S下降，电子热导率κ_e升高。所以，寻找有效的方法来提高热电材料的zT值一直是热电材料研究领域里的主要研究目标，比如寻找新的具有本征低晶格热导率的材料。

新型四元类金刚石化合物Zn₂Cu₃In₃Te₈是一种通过晶胞结构设计构筑出的新型热电材料，理论计算表明该类化合物由于其较高的晶格对称性可能会具有较大的能带简并度。另外由于其化学成分的复杂性，该类化合物也可能具有较低的晶格热导率，因此表现出优异的热电性能。但是，对于该材料的具体合成制备工艺与热电输运性能的调控至今未有报道。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种新型四元类金刚石结构热电材料Zn₂Cu₃In₃Te₈制备方法及其性能优化，本发明四元类金刚石结构Zn₂Cu₃In₃Te₈热电材料目前不存在于数据库中，属于一类通过晶胞结构设计获得的新型化合物，并具有极低晶格热导率以及较高的功率因子，是一种比较有前景的热电材料。

为达到上述发明创造目的，本发明提供了一种四元类金刚石化合物的单相样品制备方法，包括如下步骤：

a.将Cu单质、In单质、Te单质、Zn单质按照Zn_2+xCu₃In₃Te₈(-0.05≤x≤0.1)的化学计量比混合均匀作为起始反应物。

b.将所述起始反应物密封于装有石墨坩埚的真空石英玻璃管中。