[发明专利]一种碲化铋基热电材料及其制备方法

权利要求书

1.一种碲化铋基热电材料，其特征在于，在碲化铋中含有掺杂元素，所述掺杂元素选自锑、硒中的任一种。

2.根据权利要求1所述的碲化铋基热电材料，其特征在于，还包括金属改性元素；

其中，所述金属改性元素选自Li、Na、K、Cu、Ag、Fe、Zn、Mn、Mg中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的碲化铋基热电材料，其特征在于，选自具有式Ⅰ所示化学式的化合物、具有式Ⅱ所示化学式的化合物中的至少一种；

Bi_2-x1Sb_x1Te₃M_y1

式Ⅰ

Bi₂Te_3-x2Se_x2M_y2

式Ⅱ

M选自Li、Na、K、Cu、Ag、Fe、Zn、Mn、Mg中的至少一种；

其中，0＜x1＜1、0＜x2＜1、0≤y1≤1、0≤y2≤1；

x1、x2、y1、y2独立地取值。

4.权利要求1所述的碲化铋基热电材料的制备方法，其特征在于，包括：

a)将含有Bi单质，Te单质，Sb单质或Se单质的混合物料加入储料管中、封管，然后依次进行熔炼、区域熔炼，得到区域铸锭；

b)将所述区域铸锭进行热压织构化，即可得到所述碲化铋基热电材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中的熔炼温度为650～900℃，熔炼摇摆时间为15～600min；

区域熔炼温度为600～900℃，熔炼温区长度为3～7cm，熔炼温区移动速度为0.5～50mm/h。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤b)中的热压织构化包括烧结Ⅰ和烧结Ⅱ；

所述烧结Ⅰ的条件为：烧结温度360～560℃，烧结时间3～60min；

所述烧结Ⅱ的条件为：烧结温度360～560℃，烧结时间3～60min，烧结压力为30～100MPa。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括所述区域铸锭在热压织构化之前进行预处理，

所述预处理包括：将所述区域铸锭表面的氧化层除掉，之后粉碎、轴向冷压成型、冷等静压成型；

优选地，所述将所述区域铸锭表面的氧化层除掉包括，在手套箱中将所述区域铸锭表面的氧化层刮掉；或者，

在氢氟酸溶液中浸泡以除去所述区域铸锭表面的氧化层；

优选地，所述粉碎包括：在惰性气体条件下，进行研磨粉碎，研磨时间0.5～60min，研磨次数为1～5次；

优选地，所述轴向冷压成型的条件：成型压力为5～60MPa，成型时间为0.5～30min；

所述冷等静压成型的条件：成型压力为5～200MPa，成型时间为1～30min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括将得到的多个所述碲化铋基热电材料表面抛光，依次放入模具中，重复步骤b)，即可得到满足厚度要求的所述碲化铋基热电材料。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述混合物料中还包括M单质。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：将含有碲化铋基热电材料中元素的单质的混合物料置于容器中，在10MPa的真空下密封；

步骤2：熔炼，650～900℃熔融摇摆15～600min；

步骤3：区域熔炼，600～900℃，熔炼温区长度3～7cm，熔炼温区移动速度0.5～50mm/h；

步骤4：铸锭破碎，将步骤3中获得区熔铸锭表面氧化层刮掉，或用氢氟酸浸泡1～30分钟除去氧化层；粉碎，其中研磨时间在0.5～60分钟，研磨次数1～5次，惰性气体保护；

步骤5：粉末冷压成型，在5～60MPa压力下，保持0.5～30min；

步骤6：冷等静压成型，将步骤5中素坯在5～200MPa压力下，保持1～30min，得到素坯；

步骤7：热压织构化，将步骤6得到的样品，先加热至360～560℃并保温3～60分钟；然后均匀升温升压至30～100MPa、360～560℃保温3～60分钟；得到碲化铋基热电材料；

优选地，所述方法还包括：

步骤8：将步骤7得到的碲化铋基热电材料打磨后叠加成大样重复步骤7。