[发明专利]热电材料及其制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及热电材料，特别涉及具有微米粒子与纳米粒子的热电材料。

【背景技术】

热电发电装置是一种具有热与电两种能量互相转换特性的元件，其为固态结构，不需要运动组件。通常热电发电装置以块状的P型与N型热电材料电性串联、导电金属层、焊料及电绝缘的上下基板所构成。当热电发电装置上下基板处于不同温度时，即模组基板有温差时，热电发电装置产生直流电。产生直流电方向与P/N热电材料的放置顺序和冷热相对位置有关。

为了提高热电发电装置的热电转换效率，研究上无不积极在改进热电材料的性质。

【发明内容】

提供一种热电材料的制造方法。该方法包括以下步骤：在多个热电微米晶粒的表面上形成分散的多个纳米金属粒子之后，混合多个热电纳米晶粒与具有纳米金属粒子于其上的热电微米晶粒以形成热电混合物。烧结热电混合物以形成热电材料。

提供一种热电材料。热电材料包括多个热电微米晶粒、多个热电纳米晶粒与多个纳米金属粒子混合在一起。

提供一种热电材料。热电材料包括由多个热电微米晶粒、多个热电纳米晶粒与多个纳米金属粒子混合构成的烧结晶体。

下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

【附图说明】

图1为热电材料与结晶棒材在室温至200℃的热电优值。

图2为具有不同重量百分比的纳米金属粒子的热电材料与塞贝克系数的关系。

图3为具有不同重量百分比的纳米金属粒子的热电材料与功率因子的关系。

图4为具有不同重量百分比的纳米金属粒子的热电材料与导电率的关系。

图5为具有不同重量百分比的纳米金属粒子的热电材料与迁移率的关系。

【具体实施方式】

热电材料可包括由多个热电微米晶粒、多个热电纳米晶粒与多个纳米金属粒子均匀混合构成的烧结晶体。

热电材料的制造方法可包括提供热电混合物。热电混合物包括均匀混合的多个热电微米晶粒、多个热电纳米晶粒与多个纳米金属粒子。在一实施例中，热电混合物的形成方法包括在热电微米晶粒的表面上形成分散的纳米金属粒子之后，混合热电纳米晶粒与具有纳米金属粒子于其上的热电微米晶粒。然后，烧结热电混合物以形成热电材料。

热电微米晶粒、热电纳米晶粒可包括M₂N₃。M选自Bi与Sb。在一实施例中，举例来说，M为Bi_0.25Sb_0.75。N选自Te与Se。在一实施例中，热电微米晶粒、热电纳米晶粒包括Bi_0.5Sb_1.5Te₃。

热电微米晶粒各个的尺寸为10μm~200μm。热电纳米晶粒各个的尺寸为10nm~100nm。纳米金属粒子各个的尺寸为10nm~100nm。

在一实施例中，热电纳米晶粒占热电混合物的5wt.%~40wt.%。热电微米晶粒占热电混合物的95wt.%~60wt.%。

举例来说，当热电混合物(热电材料)中热电纳米晶粒占10wt.%~20wt.%时，热电材料在30℃~200℃温度范围的操作特性优。当热电混合物(热电材料)中热电纳米晶粒占5wt.%~40wt.%时，热电材料在30℃~75℃温度范围的操作特性优。当热电混合物(热电材料)中热电纳米晶粒占5wt.%~20wt.%时，热电材料在30℃~125℃温度范围的操作特性优。

在一实施例中，金属纳米粒子的重量占整个热电混合材料总重量的0.01%~1%，有优异的热电特性；举例来说，当金属纳米银粒子占热电混合材料总重量的0.09%~0.11%时，热电材料的功率因子(power factor)可提高约2倍。

纳米金属粒子可包括密度大于10g/cm³的重金属。举例来说，纳米金属粒子可包括但不限于金(Au)、银(Ag)、钨(W)、钼(Mo)。

热电混合物以形成热电材料的烧结温度可介于250℃~450℃。烧结时间可介于3mins~60mins。烧结压力可介于50MPa~500MPa。烧结气氛可为Ar或N₂等惰性气体。

在一实施例中，热电材料具有P导电型。然而本发明并不限于此，在其他实施例中，热电材料具有N导电型。