[发明专利]一种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及其制备方法，属于无机材料领域。

背景技术

热电材料是一种能够通过固体中载流子的运输实现热能和电能的直接转换的功能材料，被认为是将来非常有竞争力的能源替代介质。热电转换技术是利用热电材料的Seebeck效应和Peltier效应将热能和电能进行互相转化的一种新能源转换技术。该技术具有清洁、静音、使用管理方便、适应环境广及安全可靠性高的优点。热电转换技术的开发与利用在解决未来的能源危机、提供清洁能源及提高能源利用效率等方面将起到越来越重要的作用。

热电材料的性能取决于材料热优值ZT，ZT通常表示为ZT＝S²σT/κ，式中S称为Seebeck系数或温差电势，σ为材料的导电率，κ为导热率。σ，S和κ参量取决于电子结构和载流子的散射，κ＝κ_L+κ_e，降低κ关键在于降低κ_L，即增强晶格点阵对声子的散射从而降低热导率。在过去十多年中，对热电材料的研究与开发，主要集中在两个方面，一、是对传统具有良好热电性能块材如PbTe，Bi₂Te₃进行性能优化(如参杂，超晶格或做成纳米材料)，提高其功率因子(S²σ)或降低其热导从而提高其热优值ZT；二、研制和开发新型有潜在良好热电性能材料，在过去的十多年，相继发现一些有潜在良好的热电性能材料，如方钴矿，笼合物。然而，尽管过去十多年来，热电材料在理论上及实验有很大的进展，热电材料ZT值一直在0.4-1.3的范围变化，远达不到实用化；要达到实现温差发电及通电制冷实用化的目标，ZT值达到3以上。与此同时，在过去的十多年，由于反应熔剂法在高温固相合成的应用，成功合成一些结构新颖的碱金属(碱土金属)/稀土/铜/碲化合物，如层状结构A_1-xRECu_1+xTe₄，Rb₂CeCu₃Te₅，KEuCu₂Te₄和BaRECuTe₃，隧道结构A₃RE₄Cu₅Te₁₀，CsRE₂CuTe₄和CsSc₃Cu₂Te₆；但目前这些发现的这些化合物报道的热电性能都比较差。在本申请专利，Cs_xRE₂Cu_6-xTe₆双隧道化合物初步的实验结果表明该系列化合物具有良好的热电性能，是目前所发现的这一类化合物中热电性能最好的，同时该性能也与目前一些有名的热电材料相比。

发明内容

为了探索新型的热电材料，本发明通过反应熔剂法高温固相反应，提供一种碱金属(碱土金属)/稀土/铜/碲化合物，它们可能具有潜在的热电应用价值。

本发明中，Cs_xRE₂Cu_6-xTe₆化合物属六方晶系，空间群为P6₃/m。Cs_0.75(2)La₂Cu_5.25(2)Te₆单胞参数为Z＝1；Cs_0.77(2)Ce₂Cu_5.23(2)Te₆单胞参数为Z＝1；Cs_0.73(2)Pr₂Cu_5.27(2)Te₆单胞参数为Z＝1；Cs_0.75(2)Nd₂Cu_5.25(2)Te₆单胞参数为Z＝1。本发明已成功合成Cs_xRE₂Cu_6-xTe₆(RE＝La，Ce，Pr，Nd)单晶和纯相。