[发明专利]一种优化BiCuSeO基热电材料性能的方法及其织构助剂

说明书

本发明公开了一种优化BiCuSeO基热电材料性能的方法及其织构助剂，它是以Bi₂O₃粉、Bi粉、Cu粉、Se粉等为原料制备BiCuSeO基体，采用Cu₂Se作为助剂促进织构组织的发生，将BiCuSeO基体与Cu₂Se按一定的化学计量比混合，进行放电等离子体烧结得到具有显著织构组织的BiCuSeO基块体热电材料，此织构组织可显著优化BiCuSeO基块体热电材料的性能。本发明首次公开了Cu₂Se作为织构助剂，通过促进材料织构组织的形成协同优化BiCuSeO基材料热电性能的方法。该方法制备时间短、工艺简单、对设备要求低、节能环保、适合规模化生产等优点，为BiCuSeO基化合物的规模化制备和大规模应用奠定了良好的基础。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种优化BiCuSeO基热电材料性能的方法及其织构助剂。

背景技术

随着人类社会不断的发展，能源消耗急剧增长，非可再生能源的储量日益下降，能源危机已经称为全人类无法回避的问题。目前，传统能源的使用效率低，有将近60％左右的能量以废热形式排放，造成的资源浪费和环境污染不可忽视。开发新型的清洁可持续能源顺势成为当下的热门研究领域。

热电材料是一种凭借材料内部载流子的运动，实现电能与热能直接相互转换的新型能源材料。由热电材料制备得到的热电器件，具有结构简单、可靠性高、易于维护、无污染物排放等优点，在废热回收利用、局部制冷、航空航天、智能穿戴设备、无线探测等领域具有良好的应有前景，引起了全球研究人员的关注。热电材料的转换效率由无量纲热电优值ZT(ZT＝α²σT/κ其中α为Seebeck系数、σ为电导率、k为热导率、T为绝对温度)决定。ZT越大，材料的热电转换效率越高。目前研究较多的高性能热电材料一般是Te基的，如PbTe和Bi₂Te₃。Te元素在地球中的储量稀少、价格昂贵，同时它也是太阳能电池的主要组成元素，这些因素都极大地制约着Te基热电材料的大规模商业化应用和可持续性发展。因此开发储量丰富、价格低廉的高性能热电材料具有重要意义。

BiCuSeO化合物具有较好的电性能和复杂的晶体结构，同时具有原料储量丰富、价值低廉等优点，受到人们的广泛关注，但其热电性能相比于传统的Te基热电材料尚有一定差距。因此，寻求一种简单便捷、节能、绿色环保、可精确控制的提高BiCuSeO基热电材料性能的技术显得迫在眉睫。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种优化BiCuSeO基热电材料性能的方法及其织构助剂，在添加的Cu₂Se诱导下，BiCuSeO基热电材料能够产生显著的织构组织，并改善热电性能。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

Cu₂Se作为织构助剂在制备BiCuSeO基热电材料中的应用。

上述应用中，在BiCuSeO基化合物粉末烧结制备得到BiCuSeO基块体热电材料时添加Cu₂Se作为织构助剂，从而制备具有显著织构组织的BiCuSeO基块体材料。

上述应用中，织构助剂Cu₂Se的摩尔用量为BiCuSeO基体(基体即BiCuSeO基化合物粉末)的2～10％，优选6～10％。

上述应用中，BiCuSeO基热电材料和BiCuSeO基化合物的化学通式为Bi_1-xM_xCuSeO，其中x为0-0.1，M＝Mg，Ca，Sr，Ba，Pb等。