[发明专利]新型热电转换材料及其制备方法，以及使用该新型热电转换材料的热电转换元件

说明书

本申请是申请人为LG化学株式会社、申请日为2008年11月28日、申请号为200880126692.7、发明名称为“新型热电转换材料及其制备方法，以及使用该新型热电转换材料的热电转换元件”的发明专利申请的分案申请。 

技术领域

本发明提供了一类新型热电转换材料及其制备方法，以及使用该新型热电转换材料的热电转换元件。 

背景技术

热电转换元件应用于热电转换发电或热电转换冷却。例如，对于热电转换发电，在热电转换元件上施加温度差以产生温差电动势，然后此温差电动势用于将热能转换为电能。 

热电转换元件的能量转换效率取决于热电转换材料的性能指标ZT值。ZT值取决于塞贝克系数(Seebeck coefficient)、电导率和热导率。更具体地说，ZT值与电导率和塞贝克系数的平方成正比，与热导率成反比。因此，为了提高热电转换元件的能量转换效率，需要开发具有高塞贝克系数、高电导率或低热导率的热电转换材料。 

发明内容

技术问题 

本发明的一个目的是提供一类具有优异的热电转换性能的热电转换材料。 

本发明的另一目的是提供一种制备上述新型热电转换材料的方法。 

此外，本发明的再一目的是提供一种使用该新型热电转换材料的热电转换元件。 

技术方案 

作为热电转换材料的研究结果，本发明提出了通式1的组合物。结果发现，这些新型化合物可以用作热电转换元件的热电转换材料等。 

通式1

Bi_1-xM_xCu_wO_a-yQ1_yTe_b-zQ2_z

其中，M为选自Ba、Sr、Ca、Mg、Cs、K、Na、Cd、Hg、Sn、Pb、Mn、Ga、In、Tl、As和Sb中的至少一种元素，Q1和Q2为选自S、Se、As和Sb中的至少一种元素，且0≤x<1、0<w≤1、0.2<a<4、0≤y<4、0.2<b<4和0≤z<4。 

根据本发明，通式1中的x、y和z满足x+y+z>0，且优选地，a、y、b和z分别为a=1、0≤y<1、b=1和0≤z<1。 

在其他情况下，x、w、a、y、b和z分别优选为0≤x<0.15、0.8≤w≤1、a=1、0≤y<0.2、b=1和0≤z<0.5。在此，M优选为选自Sr、Cd、Pb和Tl中的任意一种，且Q1和Q2分别优选为Se或Sb。 

在本发明的另一个实施方式中，提供了一种通过加热Bi₂O₃、Bi、Cu和Te的混合物制备由以上通式1表示的热电转换材料的方法。 

或者，本发明提供了通过加热Bi₂O₃、Bi、Cu、Te和选自Ba、Sr、Ca、Mg、Cs、K、Na、Cd、Hg、Sn、Pb、Mn、Ga、In、Tl、As和Sb元素或其氧化物中的至少一种的混合物制备由通式1表示的热电转换材料的方法。 

又或者，本发明提供了通过加热Bi₂O₃、Bi、Cu、Te、选自S、Se、As和Sb元素或其氧化物中的至少一种、以及非必须地选自Ba、Sr、Ca、Mg、Cs、K、Na、Cd、Hg、Sn、Pb、Mn、Ga、In、Tl、As和Sb元素或其氧化物中的至少一种的混合物制备由通式1表示的热电转换材料的方法。 

在根据本发明的方法中，烧结工艺优选在400～570℃温度下进行。 

有益效果 

本发明的新型热电转换材料可以取代常规使用的热电转换材料，或者与常规使用的热电转换材料一起使用。特别地，该热电转换材料由于其优异的热电转换性能可用于热电转换元件。 

附图说明

参照附图，从下面对实施方式的描述中，本发明的其他目的和技术方案将更明晰： 

图1显示出比较X射线衍射图与由结构模型计算出的图的BiCuOTe的Rietveld精修图谱； 

图2显示出BiCuOTe的晶体结构； 

图3显示出比较X射线衍射图与由结构模型计算出的图的Bi_0.98Pb_0.02CuOTe的Rietveld精修图谱；