[发明专利]一种掺杂型高性能碲化镉热电材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种热电材料，具体涉及一种掺杂型的碲化镉热电材料的制备方法，本发明提供在制备碲化镉的过程中，引入碳酸氢铵，进而实现了热电材料的掺杂，由于碳氮杂原子的引入，提高了该材料的载流子浓度，进而得到了高性能的热电材料，该方法具有工艺简单，成本极低，合成速度快，产物性能好的技术优势，制备的碲化镉热电材料可以应用于仪器仪表、电子元件、药品、疫苗等的冷却、加热和恒温。

技术领域

本发明涉及一种热电材料领域，具体涉及一种掺杂型高性能碲化镉热电材料的制备领域。

背景技术

热电材料是指可以实现热能和电能相互转换的一种半导体材料，这类材料一般包括碲化镉、碲化铋、硒化镉、硒化铋、碲化铅等等，其中，按照使用温度范围的不同，分为低温、中温和高温热电材料。对于热电材料的研究具有悠久的历史，可以追溯的十九世纪，其中，1823年发现的西贝克效应（Seebeck）和1834年发现的帕尔帖效应（Peltier）为热电材料的研究及其应用提供了理论依据。

具体来说，热电材料的性能好坏是由其热电优值（Thermoelectric figure ofmerit，ZT）决定，ZT值越高，该热电材料的性能越好，反之则性能相应变差，通过公式ZT=S²δΤ/Κ来计算具体的ZT值，其中，S为西贝克系数，δ为电导率，T为绝对温度，K为热导率，由该式可知，为了得到高性能的热电材料，我们需要提高该材料的西贝克系数、电导率，而降低其热导率，为此，研究人员进行了各种尝试。

如中国专利CN107104158A公开了一种掺杂型CdTe纳米光伏材料的制备方法，具体的以碲粉作为原料配制悬浊醇液，并与氯化镉的水溶液滴加混合，减压蒸馏后形成悬浊水溶液；然后对悬浊水溶液进行氨气抱起反应和曝气反应，在恒压回流反应条件下得到碲化镉沉淀，最后将碲化镉分散至氯化镉甲醇液中，喷洒在基材上进行退火反应后得到掺杂CdTe纳米光伏材料，制备的掺杂CdTe纳米光伏材料采用溶液掺杂的方式稳定的将氯离子与镉离子掺杂至薄膜内，掺杂效果均匀，性能稳定。

中国专利CN106449958A公开了一种碲化铋基复合电热材料的制备方法，该制备方法可以调节材料中Al的含量，可实现在制备纳米粉体的制备及与微米粉体的复合合二为一，最终使得材料的热电性能得到大幅度的提高，该方法直接利用SPS烧结进行原位反应，制备的材料致密度高、成分均匀、性能优异。

如上研究，为了提高材料的热电性能，目前主要从两方面入手，一是通过合适的掺杂，以提高材料内部的载流子浓度，进而提高材料的电导率；二是通过改善材料内部的声子散射机制，进而降低材料的热导率，然而，这些方法都存在着步骤工艺复杂，设备要求高，得到的材料性能一般，且很难实现大规模的量产。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种可以快速高效的制备出高性能掺杂型碲化镉的热电材料，该制备方法具有工艺简单，成本极低，合成速度快，产物性能好的技术优势。

为了实现上述目的，本申请通过如下的方式实现：

一种掺杂型高性能碲化镉热电材料的制备方法，

步骤S1，称量合适比例的单质碲和单质镉，并对单质镉进行处理，除去表面的氧化膜；

步骤S2，再称取适量的分析级碳酸氢铵；

步骤S3，将步骤S1和S2中称量的物质进行混合，先用玻璃棒进行粗混，然后将上述物质转移到高能球磨机中进行球磨混匀；

步骤S4，球磨结束后，取出S3中球磨好的混合物，放入处理过的石英管反应器中进行反应；

步骤S5，待步骤S4中反应结束后，取出产物，研磨后既得最终产物。

所述步骤S1中，单质碲和单质镉的合适比例为摩尔比：1:1，对单质镉的处理具体为使用盐酸和乙醇的混合溶液进行超声清洗，直到单质镉表面呈现出金属光泽。