[发明专利]一种硒化锡基热电材料、其制备方法及应用

说明书

本申请公开了一种硒化锡基热电材料，包括具有式Ⅰ所示化学式的化合物中至少一种，其中，元素A选自Ag；元素M选自Sb、Bi中的至少一种；元素N选自Se、Te中的至少一种；x的取值范围为：0.15＜x＜0.5。本申请通过固相合成工艺，成功制备了高性能立方相硒化锡块体材料，对热电研究和应用具有重要作用。

技术领域

本申请涉及一种硒化锡基热电材料、其制备方法及应用，属于热电领域。

背景技术

化石燃料燃烧释放大量温室气体，全球温室效应愈发严重，绿色能源的需求日益显著。热电技术作为新兴的新能源技术近年来备受关注。热电技术能够实现热能和电能的直接互相转化，基于塞贝克效应和帕尔贴效应两大物理效应，能够实现温差发电和热电制冷。其中，温差发电技术能够利用体热、废热、余热等低品质热源进行发电，该技术有稳定可靠、可大可小的优势。利用热电制冷技术，能够达到快速制冷和精确控温的目的，在民生、医疗、军事等方面均有极大的应用前景。热电材料的性能有无量纲优值ZT衡量，

ZT＝σS²T/(κ_lat+κ_ele),

其中σ、S、T、κ_lat和κ_ele分别为电导率、塞贝克系数、绝对温度、晶格热导率和电子热导率。

高效地制备性能优异的热电材料始终是科学研究和产业应用的焦点。硒化锡基热电材料是目前报道性能的最优异的一种热电材料。该材料在低温时为三方晶系，在高温时为正交晶系或立方晶系。三方晶系的硒化锡基材料为层状结构，在面内和面外方向均取得优异的热电性能，是目前硒化锡基材料研究的重点。近年来，理论研究发现，立方相硒化锡基材料体系能带简并度高、非谐性强，具有和三方晶系同样的高热电性能潜力。但立方相硒化锡基块体材料的制备工艺，一直停滞状态。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种硒化锡基热电材料，利用立方相ABX₂型化合物复合，通过固相合成工艺，成功制备了高性能立方相硒化锡块体材料，对热电研究和应用具有重要作用。

该方法包括的立方相ABX₂型化合物包括且不限于AgSbSe₂、AgSbTe₂、AgBiSe₂、AgBiTe₂。

根据本申请的第一方面，提供了一种硒化锡基热电材料，包括具有式Ⅰ所示化学式的化合物中至少一种，

Sn_1-2x(AM)_xSe_1-2xN_2x 式Ⅰ

其中，元素A选自Ag；

元素B选自Sb、Bi中的至少一种；

元素N选自Se、Te中的至少一种；

x的取值范围为：0.15＜x＜0.5。

可选地，x的取值范围上限独立地选自0.45、0.4、0.35、0.3、0.25，下限独立地选自0.4、0.35、0.3、0.25、0.2。

可选地，所述硒化锡基热电材料为立方相。

根据本申请的另一方面，还提供了一种上述硒化锡基热电材料的制备方法，所述方法至少包括：

将含有Sn源、A源、M源、Se源和N源的原料，置于真空条件下，熔融、冷却，得到粉体；

将所述粉体高温烧结，即可得到所述硒化锡基热电材料；

所述Sn源、A源、M源、Se源和N源的加入量满足式Ⅰ中各元素的摩尔配比。