[发明专利]一种超快速制备高性能YbAl3

说明书

本发明公开了一种超快速制备YbAl₃块体热电材料的方法，它以Yb粉和Al粉为原料，将原料混合均匀后，进行压力烧结，同步实现YbAl₃材料的合成和致密化，进而制备得到单相、致密的YbAl₃块体热电材料。本发明涉及的工艺超简单、制备时间超短，所制备的YbAl₃块体热电材料性能优越，可为YbAl₃化合物的规模化制备和大规模应用奠定良好基础。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种超快速制备高性能YbAl₃块体热电材料的方法。

背景技术

热电转换技术是利用半导体热电材料的赛贝克(Seebeck)效应和珀尔帖(Peltier)效应将热能和电能进行直接转换的技术，包括热电发电和热电制冷两种方式。热电器件与其它能源转换器件相比，具有很多突出优点，如无噪音、结构简单、稳定性高、寿命长、体积小方便携带、环保无污染和适用温度范围广等。热电器件的核心是热电材料，其转换效率主要取决于热电材料的无量纲优值ZT，它由下式表示：ZT＝α²σT/(κ_C+κ_L)，其中α，σ和T分别表示材料的Seebeck系数，电导率和绝对温度，κ_C、κ_L分别为载流子热导率和晶格热导率。

近年来，一些非常规热电材料引起研究学者的关注，比如YbAl₃，具有优异的综合电输运性能(极高电导率和大Seebeck系数)，成为了一种在低温区范围非常有潜力的n型热电材料。另外，在我国Yb元素和Al元素资源非常丰富、价格也比较便宜，且这两种元素对环境危害较小。因此YbAl₃二元化合物材料被公认为是一种具有潜在应用前景的低温区热电材料。

目前，YbAl₃材料制备工艺主要包括：热压法、高温熔融+随炉冷却、电弧熔融+碱洗、电弧熔融+退火、电弧熔融+碱洗+脉冲电流烧结。可见，电弧熔融是制备YbAl₃多晶材料最常用的方法。该方法的基本原理是在电弧的高温作用下将Yb和Al融化、使其快速反应形成YbAl₃。然而，由于YbAl₂的熔点较高导致其在高温下更加稳定，经电弧熔融方法得到的产物中不仅含有需要的YbAl₃，还包含杂相YbAl₂和Al。因此，在电弧熔融方法的制备过程中，研究者一般采用非化学计量的原子配比作为起始原料：如按照Yb与Al原子比为1:9，所得产物只包含YbAl₃和Al相，有效避免了电弧熔融过程中高熔点YbAl₂相的形成；再借助强碱溶液将杂相Al除去，获得成分单一的YbAl₃相。然而，(PhysicaB 2000,281,754；J.AlloysCompd.2001,323,632)无论通过高温熔融还是电弧熔融工艺，所合成的YbAl₃材料中都会有Al杂相存在，很难获得单相YbAl₃多晶块体材料。另一方面，在材料制备过程中为避免YbAl₂相形成而采取Yb和Al原子比为1:9的初始组分也导致了Al原料的大量浪费，而采用强碱去除Al相的方法会造成设备损耗严重和环境污染。因此，从材料制备工艺的合理性和科学性方面考虑，研究单相YbAl₃块体材料的制备工艺对开展YbAl₃热电材料的基础研究具有非常积极的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超快速制备YbAl₃块体热电材料的方法，可同步实现单相YbAl₃的合成和致密化；涉及的工艺超简单、制备时间超短，所制备的YbAl₃块体热电材料性能优越，可为YbAl₃化合物的规模化制备和大规模应用奠定良好的基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：