[发明专利]钨-钛-磷酸盐材料及其制备和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120要求2011年3月31日提交的美国申请序列No.13/077,147的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。

公开领域

本发明公开了新型钨-钛-磷酸盐材料，以及制备钨-钛-磷酸盐玻璃-陶瓷材料的新方法。本发明还涉及利用废热发电的方法，所述方法包括把模块应用于废热源。其中，所述模块包括至少一种钨-钛-磷酸盐材料。

背景

高温热电材料是促成通过废热回收发电的组件。在各种应用中，具备高塞贝克系数（S）、高电导率(ó)及低热导率(κ)的热电材料都是有益的。热导率（κ）可通过性能系数ZT=(S²óT)/κ表征，式中的T代表温度。

目前的关于热电材料的研究集中在航空领域的应用，该应用中的装置在很低温度下才能达到最大效率。随着最近对能源节约的日益重视，开发可用于更高工作温度应用的热电材料变得很有必要，如汽车（尾气）和工业废热的回收。这种热电材料在更高温度下也可具有最高效率。

本发明人在此发现了新型钨-钛-磷酸盐材料，以及制备钨-钛-磷酸盐玻璃-陶瓷材料的新方法。本发明人也发现了涉及利用废热发电的方法，所述方法包括把模块应用于废热源。其中，所述模块包括至少一种钨-钛-磷酸盐材料。

概述

根据本文的发明详述和各种示例性实施方式，本发明涉及钨-钛-磷酸盐材料。所述钨-钛-磷酸盐材料包括20-60实际摩尔%的WO₃，10-40实际摩尔%的TiO₂，和15-40实际摩尔%的P₂O₅。其中，所述钨-钛-磷酸盐材料还可包括二氧化硅和/或至少一种掺杂剂。在进一步的实施方式中，钨-钛-磷酸盐材料将通过其一个或多个性能单独或组合进行表征，包括性能系数（ZT），塞贝克系数（S），电导率（(ó），热导率（κ）及功率因数（S²ó）。在各种示例性的的实施方式中，所述钨-钛-磷酸盐材料可为玻璃-陶瓷材料。

本发明也涉及利用废热发电的方法，所述方法包括把模块应用于废热源。其中，所述模块包括至少一种钨-钛-磷酸盐材料。所述钨-钛-磷酸盐材料包括20-60实际摩尔%的WO₃，10-40实际摩尔%的TiO₂，和15-40实际摩尔%的P₂O₅。

本发明还涉及制备钨-钛-磷酸盐玻璃-陶瓷材料的方法，包括：混合含有WO₃、TiO₂和P₂O₅源的批料组分形成批料混合物，熔融所述批料混合物，然后将熔融的批料混合物骤冷得到玻璃，以及将所述玻璃陶瓷化。在进一步的实施方式中，将玻璃陶瓷化的过程可能包括一个或多个加热阶段。

附图简要说明

所含附图用于进一步理解本发明，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图不是为了限制本发明权利要求书所主张的保护范围，而是用来说明示例性实施方式，并与文字描述一起用来解释本文所揭示的原理。

图1显示了如实施例1所示一个实施方式中所述材料的电导率随温度的变化；

图2显示了如实施例1所示一个实施方式中所述材料的塞贝克系数随温度的变化；

图3显示了如实施例1所示一个实施方式中所述材料的热导率随温度的变化；

图4显示了如实施例1所示一个实施方式中所述材料的性能系数随温度的变化；

图5为如实施例1所示一个实施方式中所述材料的X射线衍射图谱；

图6为如实施例1所示一个实施方式中所述材料的X射线衍射图谱；

图7为如实施例1所示一个实施方式中所述材料的X射线衍射图谱；以及

图8为如实施例2所示一个实施方式中所述材料的X射线衍射图谱。

详述

应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都只是示例和说明性的，不构成对要求保护的本发明的限制。