[发明专利]一种BiSbTeSe基热电材料

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料及其制备技术领域，具体涉及一种BiSbTeSe基热电材料，是在BiSbTe的基础上掺杂Se和另外一种或两种以上金属元素而形成的热电材料。

背景技术

近年来，人口飞速增长及工业迅猛发展，化石燃料过度开采，能源和环境问题越发凸显，能源危机和环境危机已引起各国关注。然而，全球每年消耗的能源中约有70％以废热的形式被浪费掉，如果能将这些废热进行有效的回收利用，将极大的缓解能源短缺的问题。热电材料能直接将热能转换成电能，具有无传动部件、体积小、无噪音、无污染及可靠性好等优点，在汽车废热回收利用，工业余热发电方面有着巨大的应用前景。

热电材料的转换效率由无量纲热电优值ZT(ZT＝α²σT/κ，其中α为Seebeck系数、σ为电导率、κ为导热系数、T为绝对温度，α²σ称为功率因子)决定。ZT越大，材料的热电转换效率越高。由上述方程式所显见；为了改善热电转换材料的性能，需要提高塞贝克系数α和电导率或需要降低导热系数κ。

目前市场销售的商用低温区热电材料为Bi₂Te₃基合金，在Bi₂Te₃基础上参入Sb或Se形成三元固溶体合金，电导率在0.8×10⁵-1.3×10⁵Sm^-1之间，Seebeck系数为160-220μV/K，导热系数为1.4-2.4Wm^-1K^-1；如图1、图2所示，现有Bi₂Te₃基热电材料的ZT值在0.7-1.0之间，热电转换效率仅为5％-7％，其主要问题为导热系数偏高，而且随着温度升高，材料电阻率及导热系数迅速升高，严重影响材料的热电性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种BiSbTeSe基热电材料，是在BiSbTe的基础上掺杂Se和另外一种或两种以上的金属元素而形成的热电材料，以降低材料的导热系数，提高材料热电性能，拓展了热电材料的应用领域。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种BiSbTeSe基热电材料，其通式为Bi_mSb_nTe_xSe_yM_z；其中，m＝0.4-0.6，n＝1.4-1.6，x＝2.7-2.9，y＝0.075-0.3，z＝0.02-0.15，M为S、Si、P、Ge、Sn、Ce、Li、I、Br、Al、Cu、Ag、Yb、Tm、La、Gd以及Dy元素中的一种或两种以上。

进一步的，上述BiSbTeSe基热电材料中，Bi、Sb、Se、Te和掺杂元素M的摩尔百分数分别为：8％-12％，28％-32％，54％-58％，1.5％-6％和0.4％-3％。

本发明的另一目的在于提供一种BiSbTeSe基热电材料的制备方法，通过该方法获得一种导热系数低，热电性能好，应用广泛的BiSbTeSe基热电材料。该制备方法可以通过以下两种方法实现。

一种BiSbTeSe基热电材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)粉体混合：取Bi、Sb、Se、Te四种单质粉末和S、Si、P、Ge、Sn、Ce、Li、I、Br、Al、Cu、Ag、Yb、Tm、La、Gd、Dy单质的粉末中的一种或两种以上的混合粉末，装入真空球磨罐或混料机罐体内，抽真空至10^-1pa或通入氩气，随后利用球磨机或混料及进行混料；

2)合金熔炼：将上述混合完成的粉末装入化学气相沉积设备的炉管中，抽真空至10^-2pa，加热至1000℃-1100℃，使原料粉体熔融汽化，在炉管内进行反应沉积，反应时间为20h，反应结束后自然冷却至室温，得到BiSbTeSe基热电材料的合金锭。

一种BiSbTeSe基热电材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

1)粉体混合：粉体混合：取Bi、Sb、Se、Te四种单质粉末和S、Si、P、Ge、Sn、Ce、Li、I、Br、Al、Cu、Ag、Yb、Tm、La、Gd、Dy单质的粉末中的一种或两种以上的混合粉末，，装入真空球磨罐或混料机罐体内，抽真空至10^-1pa或通入氩气，随后利用球磨机或混料及进行混料；