[发明专利]一种Sb掺杂的立方相Ca2

说明书

本发明公开了一种Sb掺杂的立方相Ca₂Ge基热电材料及其制备方法，其是按比例分别称量Ca粉、Ge粉和Sb粉，然后将其置于有机溶剂中进行超声波振荡，使之充分混合；然后待有机溶剂完全挥发后，经干法成型制成块体；再将其置于氧化铝坩埚内并用Ca粉封填，放入微波真空高温加热炉内，在高纯氩气氛围中，经高温反应得到Sb掺杂的立方相Ca₂Ge基热电材料。本发明通过微波加热，避免了传统烧结过程中晶粒异常长大的现象，最终获得具有超细晶粒结构材料，并实现了材料合成温度的降低，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于热电功能材料领域，具体涉及一种Sb掺杂的立方相Ca₂Ge基热电材料及其制备方法。

背景技术

从上个世纪九十年代以来，材料工作者致力于能源转换材料的研究，使得热电材料成为材料科学的一个研究热点。热电材料又叫温差性材料，是一种具有热效应和电效应相互转化的新型功能材料。在使用过程中热电材料不需要使用传动部件，工作时无噪音、无排弃物，具有和太阳能、风能、水能等二次能源可比的优势，对环境没有污染，并且热电材料性能可靠，使用寿命长，是一种具有广泛应用前景的环境友好型材料。

近年来，由于金属间化合物具有优异的热电和力学等性能，材料研究工作者对这类新型合金给予了极大的关注，Ca₂Ge就是其中之一。这不仅是因为Ca₂Ge具有良好的热电性能，而且合金元素Ca、Ge的原料资源丰富、地层蕴藏量大、价格低廉，使得它成为一种潜在的可广泛运用的新型结构材料，因此Ca₂Ge的研究就显得意义重大。

Sb掺杂是降低热导率、优化电性能、进一步提高材料热电性能以及提高力学性质的重要途径。Sb掺杂的立方相Ca₂Ge由于由三种寿命极长的元素Sb、Ca和Ge组成，可以实现循环利用，且对环境基本无污染等一系列特点而倍受关注。目前从国内外研究状况来看，无论是理论研究还是实验研究都仅有对块体Ca₂Ge研究的报道，而对Sb掺杂立方相Ca₂Ge材料的制备研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Sb掺杂的立方相Ca₂Ge基热电材料及其制备方法，其通过Sb掺杂以降低热导率、优化电性能、提高材料的热电性能以及力学性质，获得纯度高、组成定比的Sb掺杂立方相Ca₂Ge基热电材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Sb掺杂的立方相Ca₂Ge基热电材料，其制备方法包括以下步骤：

（1）按摩尔比70:33:(0.3~2)分别称量Ca粉、Ge粉和Sb粉，然后将其倒入有机溶剂中，超声波振荡20~60 min使之充分混合；

（2）待步骤（1）所得混合液于25~60 ℃环境下完全挥发有机溶剂后，采用干法成型工艺，将其在20~60 Mpa压力下压制成Φ10~60 mm的圆柱形胚体；

（3）将所得胚体置于氧化铝坩埚内，并用Ca粉封填，然后放置于微波真空高温加热炉内，通入高纯氩气，在微波频率2.45 GHz、微波功率1.5~3.5 kW条件下升温至400~700℃；

（4）当温度达到后，在1.5~2.5 kW功率下保温处理0.5~6 h，然后将材料随炉冷却至室温，得到Sb掺杂的立方相Ca₂Ge基热电材料。

步骤（1）中所用有机溶剂为乙醇。

步骤（3）所用氧化铝坩埚使用前应依次采用去离子水、酒精、丙酮进行超声波清洗，超声波清洗总时间为15~50 min。所用氩气的纯度为99%~99.99%。

本发明与现有技术相比具有以下优点: