[发明专利]一种碲化铅基热电涂层材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于热电材料领域，具体涉及一种碲化铅基热电涂层材料的制备方法。

背景技术：

热电材料是一种利用热电效应（也叫帕尔贴塞贝克效应）直接将热转变成为电或反过来将电转变为温差的功能材料。热电材料能将电能与热能相互转换，可用于热电和磁电功能材料，是制备固态电制冷器件、温差发电器件和磁电器件的重要材料。表征热电材料性能的指标是材料的“优值系数”(figure of merit) Z ,它被定义为: Z =α²σ/κ，其中:α为Seebeck 系数，σ为电导率，κ为热导率，热电材料的优值系数可分为两部分:功率因子(power factor)α²σ反映材料的电性能，热导率κ 反映材料的导热性能。

热电材料有氧化物型和合金型，其中金属氧化物具有高的热稳定性和化学稳定性，可以在高温以及氧气氛中使用，并且大多数氧化物都无毒、无污染、环境友好，是一种具有广阔应用前景的环境友好型热电材料，氧化物型热电材料的优点是使用环境温度高，可在500-1100K环境下使用，缺点是导电性差，使得优值系数比较低，而且热电转换效率也不高，仅有6 %～11%，常用的氧化物型热电材料有(Zn_1- x Al_x)O，(Zn_1-yMg_y)_1-x AlO ，( Ca_1-xBi_x) MnO₃ CdIn_2-x Sn_xO₄，Cd₂SnO₃，Cd₂Sn_1-xSb_xO₄，In₂Te_1 -xRe_xO₄，NaCo₂O₄ 和 CuAlO₂。合金或者金属间化合物性热电材料有：β-Zn₄Sb₃，Β-FeSi ，Mg₂Si_，Bi_1-xSb_x，Bi₂Te₃，Sb₂Te₃ and (Bi_1-xSb_x)₂Te₃，Bi₂Se₃ and Bi₂Te_3-ySe_y，PbSe and PbSe_1-xTe_x，CoSb₃和SiGe等，其最大优点是导电性好优值系数高，热电转化效率也比较高，达到10%～15%，但是不能在很高的温度和氧化性较强的环境中使用，其适宜的温度是300-500K，金属间化合物的一个显著缺陷是热导率偏高，一般采用置换或多元合金化的方法来降低其热导率。

PbTe是一种较好的热电材料，具有NaCl晶体结构且被广泛应用于中温范围内的传统热电材料，其使用温度可达到673K，15%～21%，但是优值系数不高，因此常需要掺杂其他元素填充，填充的原子越小、质量越大，它们产生的散射效应就越大、越无序，晶格热导率的降低就越明显，便能提高优值系数。例如掺杂Ag和Sb后的PbTe是其衍生物AgPb_mSbTe_2+m和AgSbTe₂形成的固溶体，AgPb₁₈SbTe₂₀块体材料在800K时的ZT值达到2.2，这是因为Ag⁺、Sb³⁺ 取代了晶格中的Pb²⁺，使得晶格发生畸变，PbTe晶格中存在富Ag-Sb纳米晶区域，形成的量子点，能有效降低晶格热导率，从而提高ZT值。