[发明专利]一种p型碲化铋基复合热电材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种p型碲化铋基复合热电材料的制备方法，属于热电材料技术领域。该方法包括如下步骤：以SbCl₃和Na₂S‧9H₂O为原料，通过超声辅助法制备非晶态Sb₂S₃粉末；以p型商业Bi_0.5Sb_1.5Te₃和非晶态Sb₂S₃粉末为原料，通过静电吸附法制备得到复合物样品粉末；再利用放电等离子设备将粉末样品烧结成含有不同非晶硫化锑的Bi_0.5Sb_1.5Te₃‑x%Sb₂S₃块体，其中x为质量百分数，x=0~0.4。本发明工艺简单、操作方便，且得到的复合材料在电输运和热传导方面取得了极大的优化，热电性能得到了大幅度提高，有利于提高能量的转换效率，促进p型碲化铋基热电材料的进一步应用。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，具体涉及一种p型碲化铋基复合热电材料的制备方法。

背景技术

随着全球工业化的发展，不可再生化石能源的大规模开采利用，已经造成了巨大的环境问题和能源危机。人们开始重点关注新能源和清洁能源技术的发展，其中热电技术是一种实现热能和电能直接转换的新兴能源技术，热电器件具有无损耗、无污染、无噪音等优异特点，在工业废热收集利用、航天航空、传感器和制冷等领域具有广泛的应用前景。

根据热电转换原理，热电器件的转换效率取决于材料的无量纲热电优值：ZT＝α²σT/κ，其中α为塞贝克系数，σ为电导率，T是绝对温度，κ为热导率，由公式可以看出性能优异的热电材料需要有较高的α和σ，同时具有较低的κ。然而三个热电参数之间相互联系、相互耦合，很难通过调控单一的参数改善材料的热电性能。

在众多的热电材料体系中，碲化铋基(Bi₂Te₃)热电材料是目前发展较为成熟的室温段热电材料，其中商业化的p型Bi-Sb-Te热电材料的ZT值在室温附近仅保持在0.9～1之间。由于较低的ZT值限制了热电器件的转化效率，因此限制了热电材料大规模的商业化应用。为了进一步提高热电性能，解耦三个参数，同时调控电传输和热传导性质优化热电性能是目前研究热电材料的关键。

发明内容

针对上述现有技术中热电性能不佳的问题，本发明提供了一种p型碲化铋基复合热电材料的制备方法，通过静电吸附法用在Bi_0.5Sb_1.5Te₃粉体表面修饰非晶态Sb₂S₃，经过快速放电等离子烧结后的样品，一方面可以在电导率保持不变的同时有效提升塞贝克系数，另一方面可以有效降低材料热导率，提升热电材料的ZT值，从而实现Bi_0.5Sb_1.5Te₃热电材料热电转化效率的提升。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种p型碲化铋基复合热电材料的制备方法。具体包括以下步骤：

(1)分别称取符合化学计量比的SbCl₃和Na₂S·9H₂O，并分别将其分散到水溶液中，超声合成得到纯相非晶态Sb₂S₃粉末。

(2)分别称取一定量的p型商业Bi_0.5Sb_1.5Te₃粉末和不同质量的非晶态Sb₂S₃粉末，并将其分别超声分散到等量的水中，超声合成得到Bi_0.5Sb_1.5Te₃-x％Sb₂S₃，其中x为质量百分数，x＝0～0.4复合粉末。