[发明专利]高性能低成本MnGeTe2

说明书

本发明涉及一种高性能低成本MnGeTe₂基热电材料及其制备，热电材料化学式为MnGe_1‑xBi_xTe₂，其中，x≤0.12；其通过以下方法制成：(1)真空封装：按化学计量比取单质原料Bi、Ge、Te和Mn，并按照熔点从大到小依次放入石英管中，抽真空封装；(2)熔融淬火：加热装有单质原料的石英管，使原料在熔融状态下充分反应，随后淬火，得到第一铸锭；(3)退火淬火：将第一铸锭装入另一石英管中，升温退火，淬火，得到第二铸锭；(4)真空热压烧结：将第二铸锭研磨成粉末，置于石墨模具中，真空热压烧结，降温，即得到所述MnGeTe₂基热电材料。与现有技术相比，本发明的MnGeTe₂基热电材料具有良好的热电性能、机械性能以及较低的成本，应用潜力很大。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，涉及一种高性能低成本MnGeTe₂基热电材料及其制备。

背景技术

热电材料(温差电材料)是一种通过材料内部载流子的输运实现电能与热能转化的功能材料，近些年来随着全球传统能耗资源的枯竭以及全球气候的不断恶化，寻找环境友好型的、可长久使用的能源迫在眉睫。热电材料因其具备小体积、无污染、无噪音、无传动部件等优势，在温差发电和热电制冷领域有着很好的应用前景，这些优势使其成为新能源材料家族中的佼佼者，近些年来一直受到广泛的关注。

热电材料的转换效率通常用无量纲热电优值zT来衡量，zT＝S²σT/κ，式中：T为绝对温度，S是塞贝克系数，σ是电导率，κ是热导率，由电子热导率κ_E和晶格热导率κ_L两部分组成。通常，塞贝克系数、电导率、电子热导率三个参数之间有着强烈的相互耦合作用，对其解耦以及降低独立参量晶格热导率κ_L是提升zT的关键与难点，当下较为有效的方式是通过能带工程解耦电学性能参数，以优化热电功率因子从而提高热电优值，另一方面，晶格热导率的降低可以通过引入纳米结构、合金化处理以及增加缺陷数量等方式实现。总体上，如何提升热电优值zT仍是当下热电发展的重中之重。

近些年来，作为Ⅳ-Ⅵ族半导体一员，GeTe因其不同结构下的复杂能带结构而受到越来越多的关注，基于能带调控工程，GeTe基热电材料中已实现了～2.3的热电优值，然而，尽管GeTe表现出优异的热电性能，考虑到单质锗昂贵的成本，其在热电材料大规模应用中仍存在诸多问题，降低成本尤为关键。本发明正是基于上述问题而提出一种全新的高热电性能、低成本的MnGeTe₂基热电材料。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述传统热电材料在机械性能、热电性能与成本上的不足，而提供一种全新的热电材料，即高性能低成本MnGeTe₂基热电材料及其制备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的目的之一在于提出了一种高性能低成本MnGeTe₂基热电材料，其化学式为MnGe_1-xBi_xTe₂，其中，x≤0.12。

进一步的，x＝0.06～0.10。

更进一步的，x＝0.08。此时，载流子浓度得到优化，电学性能有效改善，同时晶格热导率降低。

本发明的目的之二在于提出了上述目的一里的高性能低成本MnGeTe₂基热电材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)真空封装：按化学计量比取单质原料Bi、Ge、Te和Mn，并按照熔点从大到小依次放入石英管中，抽真空封装；

(2)熔融淬火：加热装有单质原料的石英管，使原料在熔融状态下充分反应，随后淬火，得到第一铸锭；