[发明专利]低电阻的热电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热电材料，特别涉及一种低电阻的银-碲-锑热电材料。

背景技术

热电材料是一种可将热能与电能直接且可逆转换的固态材料，于公元1821年由德国科学家Seebeck所发现。透过将金属铜与铋连接成一回路，并在回路两端施以温度差(ΔT)，即会有电位差(ΔV)产生，而不同的材料对温度差所产生的电位差即定义为Seebeck常数(S＝ΔV/ΔT)，这也成为后来热电发电机与热电偶(thermocouple)的工作原理。在公元1835年，Peltier将不同的金属接合成回路，并通以电流，即可制造一接点放热、另一接点吸热的现象，而这也成为热电致冷器(thermoelectric cooler)的工作原理；而后在公元1851年，物理学家Thomson建立了热电理论的基础，并由实验证实了第三种热电效应的存在(Thomson effect)，即在导体或半导体所形成的回路两端通以电流或施予一定的温度差，即会在此半导体或导体造成吸热或放热的现象。

热电发展迄今一百多年，如何得到较佳的热电材料转换效率，一直是此材料能否具实用性的重点。直至1954年，Goldsmid和Douglas等人将半导体材料应用在热电致冷器上，并成功的将致冷温度降至0℃，此热电转换效率的大幅进步也引起1960年代的研究热潮。但在往后的30年间，热电效率效率的提升又再度的陷入了瓶颈，直到1990年代后，多种新型的材料开发、对旧有材料的重新检视等才又再度活跃了此领域的研究。热电材料常涉及多元系统，其复杂的组成范围及合成条件常限制其应用性；开发新热电材料与开拓热电组件应用，是目前热电议题的主流。

热电材料的发展中以热电优值(z＝S²/κρ，S为Seekbeck常数，κ为热传导系数，ρ为电阻率)的提高，更是开发新热电材料的重点。目前商业化应用的热电材料为p型半导体Bi₂Te₃，其热电优值约为1。Hsu等人(Science，Vol.303，pp.818-821，2004)发表了高效率热电材料AgPb_mSbTe_2+m的研究，并指出纳米结构有助于增加热电转换效率，且其热电优值于800K下可高达2.2。因此，如何进一步制造出具有高热电优值之热电材料，成了亟待解决的课题之一。

发明内容

银-碲-锑(Ag-Sb-Te)为目前热电材料中非常值得投入探讨与深入了解的材料系统，其三元化合物AgSbTe₂，为低热传导系数、高热电转换率(热电优值约为1.4)的p型半导体，但其高电阻率及易脆性质使其应用性大受影响。

因此，本发明的目的之一即是提供一种低电阻的银-碲-锑热电材料。

为解决现有技术问题本发明一方面提供一种低电阻的热电材料，其组成元素至少包括银、碲及锑，其中银、碲及锑的组成摩尔比例为1∶2.43～3.29∶2.18～2.96，其中所述的热电材料在室温下的电阻率系低于0.1Ωcm。

其中，所述的热电材料的银、碲及锑的组成摩尔比例为1∶2.55～3.15∶2.31～2.83。

其中，所述热电材料微结构的晶粒尺寸平均小于1000纳米。

特别是，所述热电材料微结构的晶粒尺寸平均小于500纳米。

其中，所述银、碲及锑占所述热电材料组成总重量90％以上。

其中，所述热电材料在室温下的电阻率系低于0.01Ωcm。

同时，本发明另一方面提供一种低电阻的热电材料的制备方法，包括如下步骤：

(A)提供至少包括银、碲及锑元素的初始材料，其中所述银、碲及锑的组成摩尔比例为1∶2.43～3.29∶2.18～2.96；

(B)将所述初始材料置于真空环境中，以至少高于500℃的温度进行熔融；

(C)进行降温冷却后形成该热电材料；其中所述热电材料在室温下的电阻率系低于0.1Ωcm。

其中，步骤(B)中熔融的温度为800℃，熔融时间为24小时。

其中，步骤(C)是以1℃/min的降温速率降至550℃，并在此温度下退火120小时后再以冷水快速淬冷。

特别是，步骤(C)是将合金快速淬冷后，置于650℃的高温炉中退火120小时后再以冷水快速淬冷。