[发明专利]一种Sr掺杂氧化物BiCuSeO热电材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，特别是涉及一种Sr掺杂氧化物BiCuSeO热电材料及制备方法，涉及到球磨、固相反应和放电等离子烧结工艺。

背景技术

热电材料是一种能够将电能和热能相互直接转换的能源材料。热电材料的显著优点是无噪音、无污染、无运动部件的一种环境友好的绿色能源材料。衡量热电材料的一个重要性能指标就是热电优值。热电包括热电制冷和温差发电两个现象，发电功率和制冷效率与热电优值成正比关系。对某一材料，其热电性能优值由下式给出：ZT＝α²σT/κ，其中α是材料的温差电动势率(赛贝克系数)，σ是材料的电导率，κ是热导率，T是绝对温度【G.J.Snyder，and E.S.Toberer，Nature Mater.7，105(2008)】。目前大多数热电材料的无量纲热电优值在“1”左右，热电转换效率在10％左右，约为柴油发电机发电效率的1/3，如果热电优值能达到“3”左右，热电发电就会代替柴油发电占领市场。但目前应用的性能好的热电材料都含有重金属元素，且价格昂贵。如纳米结构的Bi-Sb-Te合金【B.Poudel，et al.Science 320，634(2008)】，填充方古矿【A.Harnwunggmoung，et al.Appl.Phys.Lett.96，202107(2010)】，AgPb_18+xSbTe₂₀体系【K.F.Hsu，et al.Science 303，818(2004)】，(AgSbTe₂)_1-x(GeTe)_x合金【B.A.Cook，et al.J.Appl.Phys.101，053715(2007)】，In4Se₃合金【J.Rhyee，et al.Nature (London)459，965(2009)】等。与这些材料相比，氧化物热电材料具有高温稳定性，价格便宜等优点备受关注，然而氧化物热电材料普遍存在导电性不好，热导率高，致使无量纲热电优值普遍不高，如Zn_0.96Al_0.02Ga_0.02O氧化物在1247K温度下的ZT值为0.65【D.Berardan，et al.Solid State Comm.146，97(2008)】，In_1.8Ge_0.2O₃氧化物在1273K温度下的ZT值为0.45【M.Ohtaki，et al.J.Electron.Mater.38，1234(2009)】，然而这些氧化物在应用上无法和传统的合金相比拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Sr掺杂氧化物BiCuSeO热电材料及制备方法，本发明以Bi₂O₃、SrO、Cu、Se和Bi粉末作为初始原料，通过混合均匀后进行冷压，采用固态反应，球磨和放电等离子烧结制备Sr掺杂BiCuSeO氧化物热电材料。

具体工艺流程如下：

(1)、采用Bi₂O₃、SrO、Cu、Se和Bi粉末作为初始原料，按Bi₂O₃∶SrO∶Cu∶Se∶Bi＝(1/3-x)∶x∶1∶1∶[1-2*(1/3-x)]原子比配料。其中x＝0.025～0.125，优选的，x＝0.023～0.075。

(2)、将原料放入球磨罐进行均匀混合，球磨转速为100～500rpm，时间为15min～96h。优选的，球磨时间为1～50h。

(3)、将混合均匀的粉末，进行冷压，压力为100～250MPa，压制成圆片。

(4)、将冷压成型后的圆片，放在石英管中进行烧结，烧结温度为300～700℃，保温时间为48～240小时，升温速度为40～180℃每小时，得到直径为10～20mm，高度为4～6mm的Bi_1-xSr_xCuSeO(x＝0.025～0.125)块体材料。

(5)、再将Bi_1-xSr_xCuSeO(x＝0.025～0.125)块体材料球磨成粉末，球磨转速为100～500rpm，时间为15min～96h。优选的，球磨时间为1～50h。