[发明专利]一种用于锑化钴基热电元件的合金电极及元件制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锑化钴基热电元件的合金电极及元件制备方法，更确切地说涉及锑化钴基热电元件的电极材料及电极与热电材料的连接方法，属于热电元器件的制备技术领域。

背景技术

热电材料是一种利用Seebeck效应和Peltier效应将热能和电能相互转化的功能材料，由热电材料制备的热电器件工作时不需要机械运动部位，也不发生化学反应，具有寿命长，可靠性高，对环境无污染等优点，随着全球环境污染和能源危机的日益加重，热电器件日益受到各国研究的重视。目前，关于低温致冷的热电材料元件技术例如碲化铋等已经相当的成熟并被广泛的应用于商业生产，中高温的热电材料如PbTe、SiGe等制备的元器件目前在美国等发达国家也开始应用于空间领域。锑化钴基热电材料因其特殊的电子结构被认为是最有前途的中温发电材料，掺杂或填充的P型、N型的锑化钴基热电材料其热电优值(ZT)都已经达到了1.0以上，但是其元器件制备技术还很不完善，特别是涉及电极与锑化钴连接由于热膨胀系数的差异而存在很大的困难。

对热电材料元器件的电极选择主要要求具有以下的特性：在使用温度范围内和相应的热电材料无严重相互扩散或者反应，从而保证热电材料自身性能不受影响；要有较高的电导率和热导率以降低能量损耗；使用温度范围内要具有一定的抗氧化性以保证器件的可靠性和使用寿命；最重要的一点是电极材料的热膨胀系数和相应热电材料匹配以防止产生裂纹从而影响热电传输性能以热稳定性。

低温热电器件由于温度范围跨度不大，一般选用Al等作为电极，如专利文献JP10012935中BiTe热电材料选用了Al(A1200、A1100、A1050等)作为电极材料。但对于中高温热电元器件来说，由于温度范围跨度较大，且热电器件热端长期工作在高温条件下，电极材料与热电材料由于热膨胀系数(CTE)的差异而极易在界面处产生裂纹，因此对于中高温热电元器件的电极选择和连接工艺有着更高的要求。在专利文献JP11274580中，PbTe热电材料采用了Cu电极，专利文献JP2000100751中，SiC热电材料也选用Cu电极。目前对于锑化钴基热电材料器件的研究正处于实验室阶段，大多数锑化钴基热电器件电极也采用了Cu电极，如专利文献JP2004063585，而事实上Cu与CoSb₃的CTE差异过大(100℃时分别为18×10^-6K^-1和10×10^-6K^-1)，很容易造成电极与热电材料的开裂。国外只有美国喷气动力实验室(JetPropulsion Laboratory)曾在第20届International Conference onThermoelectrics报道过单对锑化钴基热电发电时采用了金属Ti作为电极，对于具体制备工艺未加阐述，处于保密阶段。Ti作为电极的缺点是电导率和热导率相对较高，能耗较大，并且抗氧化性差。国内中国科学院上海硅酸盐研究所在锑化钴基热电材料的制备和器件制作上做了大量的工作，特别针对电极材料的选择以及锑化钴基热电材料与电极材料的可靠性连接上做了针对性的研究，如在CN1585145和200710037778.X(申请号)中，采用金属Mo或Mo-Cu合金作为电极材料，采用不同的方法制备出锑化钴基热电材料元器件，本发明拟在此基础上进一步优化热匹配，提出了热匹配更为良好的Cu-W合金电极材料，利用SPS(放电等离子)烧结方法制备锑化钴基热电材料元器件，实现了电极材料与锑化钴基热电材料的良好连接。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于锑化钴基热电元件的合金电极及热电元件的制备方法，即本发明提一种与锑化钴基热电材料热匹配良好的Cu-W合金电极及电极和锑化钴基热电材料的连接工艺，从而制备出界面电性质过渡良好，界面可靠性高且工艺简便的锑化钴基热电元件。