[发明专利]硫银锗矿型热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硫银锗矿型热电材料及其制备方法，硫银锗矿型热电材料化学式为Ag_9‑xCu_yGaSe₆，并具有如下元素摩尔比例的化学计量比关系特征中任意一种：当y＝0时，0≤x≤0.1；当y≠0时，0＜x＝y≤0.9。本发明硫银锗矿型热电材料具有超低晶格热导，热电优值调控可以通过单一调控塞贝克而提高此材料的ZT值，本发明还通过减少Ag和部分Ag被Cu替换，来降低载流子浓度，降低了电导率，提高了塞贝克系数，从而提高硫银锗矿型热电性能，制备热电材料热电转化效率较为理想的新型硫银锗矿型热电材料，为未来实现无传动部件、无噪音、无污染可靠稳定的热能转换做好基础。本发明方法工艺简单，易于控制，成本低。

技术领域

本发明涉及一种热电材料及其制备方法，N型热电材料及其制备方法，还涉及一种硫银锗矿型热电材料的电性能调控方法，应用于功能热电材料技术领域。

背景技术

随着全球经济科技飞速发展，不可再生化石能源消耗成指数增长。科学家预测全球石油资源将在2050年消耗殆尽，其他化石能源最晚将在2100年消耗完，新能源的开发利用迫在眉睫。除了太阳能、风能、水能等，热能蕴藏的巨大能量也引起了科学家们的巨大的热情，比如室内外温差、工厂的废热、汽车的尾气排放等。热电材料的热能电能转换功能就是实现热能利用的最有效的途径。热电材料通过微观载流子实现热能电能转换，实现无传动部件、无噪音、无污染可靠稳定的热能转换。热电材料的突破将是新能源利用的又一里程碑。

1821年德国科学家Seebeck发现塞贝克效应与1834年法国科学家Peltier发现塞贝克效应的逆效应——帕尔贴效应，是热电材料的两个基础理论。塞贝克效应是导体两端存在温差产生电压的效应，帕尔贴效应是导体通电导体产生温差热的现象。转换效率用热电优值ZT来表征，ZT＝S²σT/κ，其中S为塞贝克系数。σ为电导率，T为绝对温度，κ为总热导率。其中决定热电优值的三个物理参数S塞贝克系数、电导率σ和热导率κ之间相互关联，很难通过独立调控其中的某个参数实现热电优值的显著提升，这也是目前为止很少有材料体系的ZT值突破2的主要原因。其中κ＝κ_e+κ_L。κ_e＝LσT，L是洛伦兹常数，κ_L是晶格热导率。当κ_L晶格热导相对κ_e比较小时忽略不计。热电优值公式可简化为ZT＝S²σT/LσT＝S²/L，热电优值的影响因子只跟S塞贝克有关。此情况仅适合κ_L相对κ_e比较小时，当调控S塞贝克增大时σ也变小，最后导致κ_L与κ_e接近，而κ_L也不能忽略不计。现有的热电材料热电转化效率还不理想。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种硫银锗矿型热电材料及其制备方法，本发明硫银锗矿型热电材料具有超低晶格热导，热电优值调控可以通过单一调控塞贝克而提高此材料的ZT值，本发明还通过减少Ag和部分Ag被Cu替换，来降低载流子浓度，降低了电导率，提高了塞贝克系数，从而提高该硫银锗矿型热电性能，制备热电材料热电转化效率较为理想的新型硫银锗矿型热电材料，为未来实现无传动部件、无噪音、无污染可靠稳定的热能转换做好基础。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种硫银锗矿型热电材料，其化学式为Ag_9-xCu_yGaSe₆，并具有如下元素摩尔比例的化学计量比关系特征中的任意一种：

1)当y＝0时，0≤x≤0.1；

2)当y≠0时，0＜x＝y≤0.9。