[发明专利]一种BiCuζO热电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料制备技术，特别是涉及一种BiCuζO热电材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着能源短缺和环境恶化的不断加剧，新能源及能源转换材料越来越受到重视。热电材料是一种将热能和电能直接转换的功能材料，其可被制作成温差发电机或制冷装置。此类由热电材料制作成的装置没有任何机械运动部件，也无需流动物质作为能量转换介质，故热电材料具有性能可靠、无污染、使用寿命长等优点。实际应用中，热电装置的转换效率是由热电材料的性能决定的，高性能热电材料具有较高的功率因子和较低的热导率。目前，提高功率因子主要依靠掺杂来实现，降低热导率主要通过高能球磨及湿化学方法来实现。

铋铜硒氧BiCuSeO作为一种具有巨大应用潜力的热电材料受到了广泛关注。BiCuSeO块体材料的制备方法主要包括固相反应结合放电等离子体烧结、机械合金化结合放电等离子体活化烧结两种方法。固相反应结合放电等离子体烧结方法是在真空条件下，首先将Bi、Cu、Se、Bi₂O₃混合均匀后压制成型，并加热至300度预烧3小时以上；预烧后样品经过研磨压制成型后700度烧结10小时以上，并对得到的BiCuSeO材料依次进行长时间球磨、放电等离子体活化烧结处理，从而获得BiCuSeO块体材料。机械合金化结合放电等离子体活化烧结方法通过反复抽真空并通入惰性气体保护的条件下，经过长时间高能球磨才能获得纯相材料后，再经过放电等离子体烧结获得BiCuSeO块体材料。实际应用中，长时间的高速球磨过程、球磨罐及球磨介质易引起样品的污染。

由此可见，在现有技术中，BiCuSeO热电材料制备方法存在工艺过程复杂、制备周期长、成本高且容易引进杂质等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种工艺过程比较简单、制备周期短、成本低且不易引进杂质的BiCuζO热电材料制备方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种BiCuζO热电材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、将纯度均为99.9％～99.999％的Bi粉、Cu粉、A粉末或B粉末、Bi₂O₃粉按照摩尔比1∶3∶3∶1进行配料；其中，A粉末为Se粉末、Te粉末或S粉末；B粉末为Se粉末与Te粉末或者Se粉末与S粉末。

步骤2、将配料研磨混合0.5～2小时，得到均匀混合的混合物。

步骤3、对均匀混合的混合物进行干燥处理，得到干燥粉末。

步骤4、将干燥粉末放置于钢制模具中压制成块体后，将块体放置于高压合成块中进行组装，得到组装块。

步骤5、将组装块放置于六面顶高压装置中进行高压合成处理：将该六面顶高压装置以0.5GPa/min的升压速率加压至2～4GPa后，以50℃/min的升温速率升温至250～350℃，并保温10～30分钟；之后，再升温至设定温度，并保温0～20分钟：如果配料中包括A粉末，则获得粒子尺寸为0.2～5μm且致密的BiCuAO热电材料；如果配料中包括B粉末，则获得粒子尺寸为0.2～5μm且致密的BiCuA_1-αTe_αO或BiCuA_1-βS_βO热电材料；其中，0≤α≤1、0≤β≤1。

综上所述，本发明所述BiCuζO热电材料的制备方法对原材料进行一定时间的研磨混合后干燥处理，将得到的干燥粉末压制成块体后进行组装，并将得到的组装块放置于六面顶高压装置进行高压合成处理，获得粒子尺寸为0.2～-5μm且致密的BiCuζO热电材料，总共花费不超过9小时的时间。由此可见，本发明所述制备方法周期较短，工艺比较简单，较多地节约能源并降低生产成本，适合大规模工业生产；同时，由于制备得到的BiCuζO热电材料为细晶体结构且致密性较高，故该BiCuζO热电材料具有电阻率较低且功率因子较大等优点。

附图说明

图1为采用本发明方法制取得到的BiCuSeO热电材料X射线衍射峰位及峰强度随角度变化的示意图。

图2为采用本发明方法制取得到的BiCuSeO热电材料微观结构示意图。

图3为BiCuTeO、BiCuSO与BiCuSeO三种热电材料的赛贝克系数随温度变化的示意图。

图4为BiCuTeO、BiCuSO与BiCuSeO三种热电材料的电阻率随温度变化的示意图。