[发明专利]一种碲化铋基热电材料及其制备方法

说明书

本申请公开了一种碲化铋基热电材料及其制备方法。碲化铋基热电材料选自具有如式Ⅰ所示化学式的化合物中的至少一种。制备方法包括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。本申请提供的制备方法，可以有效提升多晶材料的取向性，调控其热电输运特性，优化其热电性能。

技术领域

本申请涉及一种碲化铋基热电材料，属于热电材料技术领域。

背景技术

化石燃料消耗殆尽，绿色能源的需求日益加剧。热电领域近年来备受关注，热电材料也得到了广泛研究。热电材料是一类可以实现热能和电能直接相互转化的功能材料，包括塞贝克和帕尔贴两大物理效应，并衍生出温差发电和热电制冷两大应用。其中，温差发电可以利用体热、废热等低品质热源进行发电。热电制冷可以实现快速升降温和精确控温的功能。所以，如何提升材料的性能峰值及性能的热稳定性变得尤为重要。

热电材料的性能由无量纲优值ZT衡量，

ZT＝σS²T/(κlat+κele)，

其中σ、S、T、κlat和κele分别为电导率、塞贝克系数、绝对温度、晶格热导率和电子热导率。这些热电输运参数之间相互耦合相互影响，这使得热电性能的提升具有挑战性。

热电材料种类繁多，碲化铋基热电材料以其优异的性能和实际应用价值吸引了广泛的关注。碲化铋是三方晶系，内部晶格沿c轴呈层状排布，因此具有极强的各项异性，最优的热电性能沿层内方向取得。但是，由于层状结构导致该材料容易沿层片方向解离，致使该材料机械性能较差，不利于加工。利用热压烧结工艺制得的多晶碲化铋材料可以有效提升其机械性能，因此如何优化热压烧结工艺来提升多晶碲化铋材料的性能变得尤为重要。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种碲化铋基热电材料，该材料具有优良的热电性能。

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。

可选地，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。

可选地，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

根据本申请的又一个方面，提供了一种上述所述的碲化铋基热电材料的制备方法，该方法可以有效提升多晶材料的取向性，调控其热电输运特性，优化其热电性能。

上述所述的碲化铋基热电材料的制备方法包括：

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。