[发明专利]一种制备SnTe热电材料的方法

说明书

本发明公开了一种制备SnTe热电材料的方法，以Sn粉、Te粉为原料，混合后压制成坯体，在超重力场中进行燃烧合成反应，冷却后得到SnTe热电材料，相比传统方法，本方法无需二次烧结，制备周期短，工艺简单，无需外部热源持续加热，能耗较低，适合大规模生产。所制备出的SnTe热电材料性能优良，结构相对致密，具有较高的热电优值，其热电优值可达到0.48以上。

技术领域

本发明涉及热电材料制备技术领域。更具体地，涉及一种制备SnTe热电材料的方法。

背景技术

全球范围内的能源短缺和环境污染问题日益凸显，成为制约人类发展的全球性问题。能源的多元化和高效多级利用成为系统解决能源和环境问题的一个重要技术途径。以热电材料为核心的热电转换技术作为一种绿色能源技术，可以发挥重要的作用，从而引起了世界各国的广泛关注。热电转换技术是一种通过热电材料的Seebeck效应和Peltier效应实现电能和热能之间直接相互转换的技术，具有体积小、无噪音、可靠性好、无传动部件等优点。热电材料的转换效率主要由材料的无量纲热电优值ZT＝α²σT/(κ_L+κ_e)决定，其中α，σ，T分别为Seebeck系数，电导率，绝对温度，κ_L和κ_e分别是晶格热导率和载流子热导率。

碲化锡(SnTe)属于Ⅳ-Ⅵ族热电材料，具有面心立方NaCl型晶体结构和双价带能带结构。化学计量比SnTe充斥着大量的本征Sn空位，从而表现为空穴重掺杂(1020～1021cm^-3)的P型半导体，而较大的双价带间隙又阻碍了重价带空穴对Seebeck的贡献，因此化学计量比SnTe的热电性能不佳。近年来，随着材料制备技术和固体物理的发展，有望实现其热电性能的大幅提升。

目前，制备SnTe基热电材料的方法主要采用熔融法结合放电等离子烧结，或者熔融法结合热压烧结等。这些传统的材料制备方法制备周期长，能耗大，工艺比较复杂，不便于大规模的商业化应用。

因而，寻找一种简单快捷的制备方法对于SnTe基热电材料而言，显得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备SnTe热电材料的方法，该方法制备周期短，工艺简单，能耗较低，适合大规模生产，所得SnTe热电材料具有较高的热电优值。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种制备SnTe热电材料的方法，包括如下步骤：

以Sn粉、Te粉为原料，混合后压制成坯体，在超重力场中进行燃烧合成反应，冷却后得到SnTe热电材料。

本发明是首次采用超重力场辅助燃烧合成法制备SnTe热电材料，在超重力场中能够在短时间内排除材料中的气孔，提高材料的致密化程度，并且由于反应时间一般较短，材料中的纳米晶粒、微小晶粒以及纳米晶核等来不及长大，同时结合超重力的作用，在避免晶粒生长的同时使得材料的致密度提高，因此有利于降低SnTe热电材料的晶格热导率，优化材料的热电性能。

进一步，所述超重力场的离心力为300～1500G，此处的G＝a/g，g＝9.8m/s²，a为加速度。

进一步，所述超重力场的离心力为600～1000G。

进一步，所述燃烧合成反应的时间为10～60s。

进一步，所述燃烧合成反应的时间为5～30s。

进一步，所述燃烧合成反应在反应模具中进行，所述反应模具的材质为石墨或石英。

进一步，所述燃烧合成反应是通过引燃剂点燃样品的。

进一步，所述燃烧合成反应的气氛为惰性气体气氛或真空气氛。

进一步，所述气体为氩气。