[发明专利]一种具有高温稳定性的Mg3Sb2基热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具有高温稳定性的Mg₃Sb₂基热电材料及其制备方法，涉及热电材料技术领域。本发明提供的Mg₃Sb₂基热电材料包括Mg_3～3.2Sb_1.5Bi_0.5‑xTe_x热电块体材料和沉积在所述Mg_3～3.2Sb_1.5Bi_0.5‑xTe_x热电块体材料表面的氮化硼涂层；0＜x≤0.06。本发明在Mg₃Sb₂基热电材料中引入氮化硼涂层，Mg₃Sb₂基热电材料在氮化硼涂层的保护下热电性能在高温下非常稳定，可以有效抑制高温下的Mg损失，大大提高Mg₃Sb₂基热电材料的工作温度，并因此保证了其在高温下热电转换效率。本发明提供的Mg₃Sb₂基热电材料即使在500℃高温下热电性能也非常稳定。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，特别涉及一种具有高温稳定性的Mg₃Sb₂基热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料是一种能够实现热能和电能直接相互转换的绿色环保型功能材料，以半导体热电材料制造的温差发电机只要有温差存在就能发电，具有清洁、无噪音污染和无有害物质排放、寿命长、坚固、可靠性高、稳定等一系列优点，是适用范围很广的绿色环保型能源。近几十年来，热电材料在小型化或者微型化的某些特殊领域，如太空卫星的电能驱动装置、车载冰箱的制冷系统和微型医疗器械等方面已发挥了不可或缺的作用。

Mg₃Sb₂基材料是一类Zintle相热电材料，由于其化学键和离子键构成的复杂网络结构，具有电子晶体-声子玻璃的特殊性能，且原料均为无毒、廉价、储量丰富的元素。当温度低于1200K时，Mg₃Sb₂晶体结构为Mn₂O₃型α相，每个晶胞中含有3个Mg原子和2个Sb原子。在Mg₃Sb₂中Mg原子具有两种不同的位置，分别是具有离子性的Mg(I)和共价性的Mg(II)，Mg(II)与Sb原子形成[Mg₂Sb₂]^2-层，Mg(I)构成Mg²⁺阳离子层。因此，Mg₃Sb₂的键特性介于离子键和共价键之间，这种复杂的共价键和离子键网络结构符合声子玻璃-电子晶体特征，可以获得较高的载流子迁移率和较强的声子散射。

2016年日本松下电器H.Tamaki博士在Advanced Materials中报道了通过在Mg₃Sb₂体系中引入Te制备出一系列Mg_3+δSb_2-xBi_x-yTe_y(0≤δ≤0.5，0≤x≤2，0≤y≤0.05)成分的热电材料，由于掺杂Te使得Mg₃Sb₂变为n型，最重要的是热电优值在300K超过0.5，并且这个成分的材料价格比较低廉，比性能相似的Bi₂Te₃价格低50％。因此，Mg₃Sb₂基热电材料引起了热电领域的关注。但是由于该类热电材料含有的Mg元素在高温下容易挥发导致其偏离化学成分计量比，引入Mg空位，导致高温下热电性能受损，该类热电材料通常只能在低于500℃的温度环境下应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种具有高温稳定性的Mg₃Sb₂基热电材料及其制备方法。本发明提供的Mg₃Sb₂基热电材料具有高温稳定性，即使在500℃高温下热电性能仍然非常稳定。