[发明专利]生产热电固体元件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生产包含Zn₄Sb₃的固体元件的方法，更具体地，本发明涉及生产固体元件的方法、固体元件和包含该固体元件的热电器件（device），其中该固体元件在短时间内产生并包含β-Zn₄Sb₃。

背景技术

对环境和能源供应的日益增大的压力已恢复了寻找更高效热电材料的兴趣。已发现，Zn₄Sb₃的β相在中间温度范围(473-673开尔文)使用时为优良的p-型热电半导体。良好的热电材料通常为用复杂结构和大的晶胞重掺杂的半导体，其有助于高功率因数(S²σ)的保存，而各种各样的声子散射过程减弱了热导率。三个无序的填隙原子Zn位点赋予了β-Zn₄Sb₃非常低的热导率并使其成为具有竞争力的热电候选。β-Zn₄Sb₃也已受到相当大的兴趣，因为它是已知最便宜的热电材料之一，并且它由无毒的元素制成。然而，Zn₄Sb₃在工作温度范围的不稳定性限制了其在热电应用中的实际用途。已发现，在空气中Zn₄Sb₃在甚至低于500开尔文（K）就开始由Zn损失和ZnSb、Sb及Zn(或其氧化化合物ZnO)作为降解产物出现的降解。

参考文献“PreparationandthermoelectricpropertiesofsemiconductingZn4Sb3”,byCaillat,Tetal.,J.Phys.Chem.Solids.,1997,58,1119-1125描述了通过淬灭化学计量的Zn和Sb的熔融混合物合成的　-Zn₄Sb₃单相、多晶型材料的生产。由于冷却期间Zn₄Sb₃多相的热膨胀系数不同，大的无裂纹的散装材料很难获得。为了满足实际使用的物理和机械要求，热压机为必需品。

在本领域中，有达成用于生产热电元件如Zn₄Sb₃的方法的愿望，其将在工业上比已知的方法更有利，如更有利于大规模生产。

因此，生产热电元件的改进的方法，如工业上更有利，特别是更高效、便宜、更节能、更快的方法，和/或生产包含更高质量的如更纯和/或更致密的Zn₄Sb₃的固体元件的方法将更有利。

发明内容

本发明进一步的目的是提供现有技术的替代。

特别是，提供用于生产包含Zn₄Sb₃的固体元件的方法、包含Zn₄Sb₃的固体元件和热电器件可被视为本发明的目的，其通过为工业上更有利、更高效、更便宜、更节能、更快和/或生产包含更高质量的如更纯和/或更致密的固体元件的方法解决了上文提及的一个或多个现有技术的问题。

因此，上文所述目的和其它的一些目的意欲在本发明的第一方面通过提供用于生产包含Zn₄Sb₃的固体元件如粒料的方法来获得，所述方法包括：

-混合元素锌和元素锑的粉末以便获得包含元素锌和元素锑的混合粉末，如包含至少50wt%的元素锌和/或元素锑，

-将所述混合粉末置于容器如冲模中，以及

-进行组合合成和烧结过程包括：

-施加脉冲电流通过所述混合粉末，以便增加所述混合粉末的温度至200-1000摄氏度内的区间，以及

-向所述混合粉末施加至少1兆帕斯卡的压力，并且

其中，施加脉冲电流通过所述混合粉末和向所述混合粉末施加压力的步骤同时发生。

本发明特别有利于但并非仅仅有利于获得生产包含Zn₄Sb₃的固体元件的改进的方法，如工业上更有利，特别是更高效、更便宜、更节能、更快的方法，和/或生产包含更高质量的如更纯和/或更致密的固体元件的方法。