[发明专利]一种立方相Cu

说明书

本发明提供了一种立方相Cu₃SbS₃基热电材料，化学通式为Cu₃Sb_1‑xA_xS₃，其中A为钴和/或镍，x为0.025～0.200，通过采用Ni、Co等元素置换Sb元素，合成了结构、热力学性质稳定的Cu₃Sb_1‑xA_xS₃立方晶体结构。其制备方法主要包括以下步骤：1)配料：按照Cu₃Sb_1‑xA_xS₃中各元素的比例称取所需质量的铜、锑、钴(镍)、硫作为反应原料，其中x＝0.025～0.200；2)高能球磨：将步骤1)所述反应原料在惰性气体气氛下进行高能球磨；3)致密化：将高能球磨所得粉体进行放电等离子烧结或热压烧结，获得高致密度、高性能的立方相Cu₃SbS₃基热电材料块体。本发明所述的Cu₃Sb_1‑xA_xS₃热电材料为高纯度的立方相产物，致密度高，热力学性能稳定，热电性能优异，原料来源丰富便宜，制备工艺可行性好、易于重复。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种立方相Cu₃SbS₃基热电材料，以及通过元素置换合成稳定立方相Cu₃SbS₃基热电材料的制备方法。

背景技术

能源安全是国家安全的重要组成部分，采用新的能源转换和回收技术从一次能源使用过程中产生的余热中回收部分热能是减少石油、天然气等使用量、缓解我国对国外石油供应压力的重要途径。热电发电技术是利用半导体的Seebeck效应实现热能和电能直接转化的新能源转化技术，其中适合在中温区间的热电材料在发电方面(太阳能、地热、工业余热和汽车尾气余热等回收利用)具有重要应用前景，是应对全球变暖和能源短缺的一种重要的新能源转换材料。Cu-Sb-S系热电材料相对于传统的碲化物热电材料具有无毒、成本低和合成原料易获得等诸多优点，逐渐成为当今社会“低碳绿色”发展趋势所需要的新研究热点之一。

Cu-Sb-S系热电材料包含四种化合物，其中Cu₃SbS_3.25成分具有最佳的热电性能。但使用推广过程中，该成分在低温下有缓慢分解为富铜相和贫铜相的趋势，严重制约了该成分的长期服役性能。Cu₃SbS₃化合物具有与Cu₃SbS_3.25类似的化学组成，结构研究表明，该化合物具有三种已完全明确的成分，低温下Cu₃SbS₃为正交相，空间群为P2₁2₁2₁；263K至395K之间为单斜相，空间群为P2₁/c；395K至熔点间为另外一个正交相，空间群Pnma。