[发明专利]一种超快速制备Cu

说明书

本发明首次公开了一种超快速制备Cu₂Se块体热电材料的方法，它以Cu粉和Se粉为原料，首先将原料混合均匀，再将所得混合原料装入石墨模具中，置于等离子体活化烧结设备中在等离子体活化烧结工艺的等离子体活化阶段制备得到单相、致密的Cu₂Se块体热电材料，使Cu₂Se化合物的反应合成与致密化过程一步完成。本发明涉及的工艺超简单、制备时间超短，所制备的Cu₂Se块体热电材料性能优越，在773‑873K范围内ZT>1.2，为Cu₂Se化合物的规模化制备和大规模应用奠定了良好的基础。

技术领域

本发明属于热电材料制备技术领域，具体涉及一种超快速制备Cu₂Se块体热电材料的方法。

背景技术

热电转换技术利用热电材料直接将热能与电能进行相互转换，具有系统体积小、可靠性高、不排放污染物质、适用温度范围广、有效利用低密度能量等特点，在工业余废热和汽车尾气废热的回收利用、高精度温控和特种电源技术等领域具有广泛的应用。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为热导率、T 为绝对温度)决定。ZT越大，材料的热电转换效率越高。目前研究较多的高性能热电材料一般是Te基的，如PbTe和Bi₂Te₃。Te元素在地球中的储量稀少、价格昂贵，同时它也是太阳能电池的主要组成元素，这些因素都极大地制约着Te基热电材料的大规模商业化应用和可持续性发展。因此开发储量丰富、价格低廉的高性能热电材料及寻求低成本超快速的制备方法具有重要意义。

近年来Cu₂Se化合物以其优异的热电性能受到研究者的广泛关注，因为其是典型的“声子液体”，表现出的横波阻尼效应使得其具有极低的晶格热导率。同时，由于Cu和Se的来源丰富、价格便宜，使得Cu₂Se化合物在大规模商业化生产上具有巨大潜力。目前Cu₂Se化合物主要采用长时间固相反应法、熔融退火法及自蔓延燃烧合成技术制备得到，需要进一步烧结致密化才能得到块体。同时高温处理带来一个始终无法解决的问题是Se的挥发，造成成分的难以控制。因此，寻求一种简便节能、绿色环保，同时避免高温处理的技术显得迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是提供一种超快速制备Cu₂Se块体热电材料的方法，其涉及的工艺超简单、制备时间超短，所制备的Cu₂Se块体热电材料性能优越，为Cu₂Se化合物的规模化制备和大规模应用奠定了良好的基础。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种超快速制备Cu₂Se块体热电材料的方法，它以Cu粉和Se粉为原料，首先将原料混合均匀后，置于等离子体活化烧结设备中，在等离子体活化烧结工艺(PAS)的等离子体活化阶段制备得到致密的Cu₂Se块体热电材料。

上述方案中，所述等离子体活化阶段的时间为30-60s。

上述方案中，所述Cu粉和Se粉之间的摩尔比为(1.8-2):(1-1.1)。

上述方案中，所述等离子体活化阶段参数为：脉冲电流10-200A，脉冲电压1-5V，ON/OFF 脉冲时间为15-300ms，轴向压力为30-80MPa，保护气氛为真空条件、N₂或Ar气。

根据上述方案可在可在60s内，尤其在30s内制备得到单相、致密的Cu₂Se块体热电材料。

根据上述方案制得的Cu₂Se块体热电材料性能优越，在773-873K范围内ZT>1.2。