[发明专利]一种硫化铜基热电复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于热电材料技术领域，公开了一种硫化铜基热电复合材料及其制备方法。一种硫化铜基热电复合材料，其化学通式为Cu_(1.8‑m)M_mS，其中m为0.05‑0.3，该材料包括基体相Cu_1.8S和第二相Cu_xM_yS_z，第二相Cu_xM_yS_z以纳米析出物的形式弥散分布在基体相Cu_1.8S中。其制备方法包括将Cu_aM_b合金粉体和S单质粉体进行球磨，得到Cu_(1.8‑m)M_mS粉体；并将Cu_(1.8‑m)M_mS粉体进行烧结，得到化铜基热电复合材料。本发明解决了现有的硫化铜热电材料的热电性能不佳的问题。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种硫化铜基热电复合材料及其制备方法。

背景技术

随着不可再生能源的快速消耗及其产生的污染物给环境带来的严重影响，开发新型清洁能源技术迫在眉睫。除风能、潮汐能和太阳能等清洁能源外，自然界和人类活动中还蕴藏能量巨大的耗散废余热未被开发利用。新能源材料能够对一次能源难以被完全利用的多余能量进行二次利用，热电材料就是一种能够直接实现热能和电能相互转换的新能源功能材料。热电材料的热电性能以无量纲热电优值ZT来表征，ZT＝S²σT/κ，S是Seebeck系数，σ是电导率，T是绝对温度，κ是热导率；S²σ称为功率因子，用来表征热电材料的电传输性能。

简而言之，有商业应用价值的热电材料需要大的Seebeck系数来保证电压输出，高的电导率来降低焦耳热的耗散，并且需要低的热导率来维持材料两端的温度差。自热电材料发展以来，性能良好的热电材料有Bi₂Te₃、PbTe、PbS、Si-Ge合金等，但由于这一系列材料在合成过程中需要稀贵金属元素或是有毒元素，因而阻碍了当前绿色高性能热电材料的发展。因此寻找并研究无毒无害，廉价丰富的，可应用于工业化生产方法的元素所构成的化合物作为合适的热电材料也是一项重要的基础工作。

Cu_1.8S具有合适的禁带宽度(1.2eV)最早作为薄膜太阳能电池和光电子器件而为人们所熟知。近年来其复杂的晶体结构和具有发展潜力的热电性能使得该化合物重新引起科学家们的关注。Cu_1.8S具有两种不同的晶体结构：低温(＜364K)六方相(R3-mh)和高温(＞364K)立方相(Fm3-m)。较为特殊的是其高温相结构：Cu离子围绕S离子组成面心立方亚晶格，并且Cu⁺具有较高的迁移率就如同在熔融态或者溶液中一样。Cu_1.8S中存在铜空位，在能带中形成大量导电空穴使得Cu_1.8S表现出极好的导电性，此外由于组成该化合物的Cu和S元素丰富、成本低、环境友好等特点，Cu_1.8S成为了一种潜在的具有商业化应用价值的热电材料。

但是目前该体系的材料的热导率高、Seebeck系数低，因此热电性能较差。因此发明人通过大量的研究得出了一种能够提高硫化铜热电性能的复合材料，并提供了其制备方法。

发明内容

本发明意在提供一种硫化铜基热电复合材料及其制备方法，以解决现有的硫化铜热电材料的热电性能不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种硫化铜基热电复合材料，其化学通式为Cu_(1.8-m)M_mS，其中m为0.05-0.3，该材料包括基体相Cu_1.8S和第二相Cu_xM_yS_z，第二相Cu_xM_yS_z以纳米析出物的形式弥散分布在基体相Cu_1.8S中。