[发明专利]一种一步制备Cu

说明书

本发明首次公开了一种一步制备Cu₂Se/BiCuSeO复合热电材料的方法，具体步骤为：1)以Cu粉、Se粉和Bi₂SeO₂粉为原料，按配比混合得到反应物；2)将所得反应物引发燃烧合成反应，之后冷却，一步得到Cu₂Se/BiCuSeO复合热电材料粉体；3)将得到的复合物研磨成粉，进行等离子体活化烧结，得到Cu₂Se/BiCuSeO块体复合热电材料。本发明涉及的工艺简单、制备时间短，制备的Cu₂Se/BiCuSeO复合热电材料性能极为优越。当BiCuSeO含量为0.1％时，在973K，ZT_max＝2.67。本发明为Cu₂Se/BiCuSeO块体复合热电材料的规模化制备和大规模应用奠定了重要基础。

技术领域

本发明属于热电材料制备技术领域，具体涉及一种一步制备Cu₂Se/BiCuSeO复合热电材料的方法。

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。

此外，新型四元BiCuSeO化合物由具有导电功能的(Cu₂Se₂)^2-层及热绝缘功能的(Bi₂O₂)²⁺层构成，独特的晶体结构产生的量子限域效应可实现电热输运性能的独立调控。该材料具有很低的热导率，同时，未掺杂样品的电性能较差，通常通过提高其电导率优化热电性能，例如结构内引入Cu空位或Bi/Cu双空位，Bi位掺杂碱金属、碱土元素或重元素Pb，Se位固溶 Te等。由于材料低的热导率及优化的电输运性能，材料的热电优值ZT在900K左右超过1。由于此化合物具有热电性能优异、组成元素价格低廉及绿色无毒等特点，使其在中高温热电发电领域具有巨大的应用潜力。

因此，寻求一种简便节能、绿色环保，且同时制备原位复合的Cu₂Se/BiCuSeO的方法，将横波阻尼效应及量子限域效应集成在一种材料中优化热电性能具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种一步制备Cu₂Se/BiCuSeO复合热电材料的方法，其涉及的工艺简单、制备时间短，所合成的Cu₂Se/BiCuSeO复合物性能极为优越，为其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：

一种一步制备Cu₂Se/BiCuSeO复合热电材料的方法，它包含如下步骤，

1)以Cu粉、Se粉和Bi₂SeO₂粉为原料，按一定的化学计量比混合得到反应物；