[发明专利]一种SnTe纳米复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种SnTe纳米复合材料及其制备方法，所述制备方法包括：1)将按一定摩尔比混合的Ge、Sn及Te粉原料置于密闭容器中；2)向密闭容器中注入无水乙醇并进行去氧和/或保护处理，然后将密闭容器固定在球磨机上，进行球磨；3)对球磨后的产物进行干燥处理，得到干燥粉末；4)对所得到的干燥粉末压制成块体；5)将压制成的块体进行加压烧结，得到致密SnTe纳米复合材料。本发明的制备方法成本低廉、制备周期短、工艺简单、合成温度低、节约能源、适合大规模工业生产，并且制备得到的块体纳米复合材料致密度高，热导率低。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种SnTe纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

热电材料能够实现热能和电能的直接转换，利用它做成的热电发电机可以有效的利用工业余热、汽车废气等热源进行温差发电。因为没有任何机械运动部件，热电器件具有便携、无污染、无噪音等优点。目前适合温差发电用的中温区热电材料主要是以PbTe为代表的硫族铅化合物，但是重金属Pb对环境和人体危害较大。

寻找无铅高性能热电材料是目前热电研究领域的重要方向。廉价无毒的Sn与Pb属于同族元素，而且SnTe与PbTe结构相同，因此SnTe被认为是替代PbTe的重要备选材料。目前，SnTe材料的制备方法主要是真空熔炼和机械合金化方法，需要长时间的高温加热或机械球磨才能得到SnTe材料，所以上述两种方法制备的样品存在制备周期长、成本高等缺点。此外，SnTe的本征热导率较高影响了它的性质和其进一步的应用。

发明内容

为解决现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种新的含有Ge或Ag、Sb的SnTe纳米复合材料(Ge-Sn-Te或Ag-Sb-Sn-Te纳米复合材料)及其制备方法，本发明的方法可以缩减制备周期、降低成本，制备得到的纳米复合材料无污染且具有很低的热导率。

本发明提供的SnTe纳米复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤1)配料：将原料置于密闭容器(如球磨罐)中，所述原料包括按一定摩尔比混合的Ge粉、Sn粉、和Te粉，或Ag粉、Sb粉、Sn粉和Te粉；

步骤2)湿法球磨：向密闭容器中注入有机溶剂，并进行去氧和/或保护处理，将经处理的密闭容器固定在球磨机上，以一定转速进行球磨，持续预定时间；

步骤3)干燥：对步骤2)湿法球磨后的产物进行干燥处理，得到干燥粉末；

步骤4)压制：对步骤3)所得到的干燥粉末进行研磨，并将研磨后的粉末压制成块体；

步骤5)烧结：将步骤4)压制成的块体进行加压烧结，得到致密Ge-Sn-Te或Ag-Sb-Sn-Te纳米复合材料；具体为：将块体样品施加预定压力并加热至第一预定温度，进行第一阶段烧结；完成后快速降温至第二预定温度，进行第二阶段烧结；完成后快速降至室温并卸压，得到所述Ge-Sn-Te或Ag-Sb-Sn-Te纳米复合材料。

其中，步骤1)中，当原料为Ge粉、Sn粉和Te粉时，所述Ge粉、Sn粉和Te粉元素的摩尔比为(0.05-0.4):(0.6-0.95):1；优选地，为0.1:0.9:1；当原料为Ag粉、Sb粉、Sn粉和Te粉时，所述Ag、Sb、Sn粉和Te粉元素的摩尔比为(0.05-0.25):(0.05-0.25):(0.5-0.9):1；优选地，为0.08:0.08:0.84:1。

其中，最终制备的Ge-Sn-Te或Ag-Sb-Sn-Te纳米复合材料均具有较低的热导率。

其中，步骤1)中，球料质量比(磨球与原料的质量比)为(5-20):1；优选地，为15:1、20:1。

其中，步骤1)中，所述原料Sn、Te、Ge、Ag和Sb粉纯度均高于99.9％。

其中，步骤2)中，所述原料与无水乙醇的体积比为1:(1-3)；优选地，为1:2。