[发明专利]一种氧化物热电材料BiCuSeO单晶体及其制备方法

说明书

一种氧化物热电材料BiCuSeO单晶体及其制备方法，所提供的BiCuSeO单晶体气相输运生长方法具有装置简单、易于操作等优点。所制备的BiCuSeO单晶体材料，具有很高的晶体质量，所述BiCuSeO单晶体的尺寸达毫米级，面积达平方毫米级，所述单晶体材料提供了一个理想的系统来阐明材料的固有物理性能。这对研究如何有效地提高BiCuSeO基热电材料的热电性能以便开发相关热电器件具有重要的意义。所提供的BiCuSeO单晶体是一种氧化物热电材料，可用作理想的高温热电材料用来开发相关热电器件。气相输运法生长晶体，具有生长的晶体纯度高、品质高、成本低、可操作性强等优点。

技术领域

本发明属于新能源材料及晶体生长技术领域，特别涉及一种高质量氧化物热电材料BiCuSeO单晶体及其生长方法。

背景技术

二十世纪以来，随着工业的快速发展，伴随而来的是能源危机和环境污染加剧，因此可环保节能的能源技术成为人们研究的关注重点。据美国能源部的统计，2002年美国排放到环境中的废热占总能源的55％以上，而我国每年大约也排放1013千瓦工业余热。这些废热的排放，一方面造成了能源的严重浪费，另一方面也对环境造成很大的破坏。因此对废热重复使用，既可以提高能源利用效率，改善对化石能源的过度依赖，也可以有效地改善温室效应，缓解由二氧化碳排放所带来的环境问题。热电材料是一种能够利用热电效应将电能与热能直接相互转化的高效能源转换材料，是废热再利用过程中的关键材料。常见的废热源，如工业余热、汽车尾气废热和城市固体垃圾焚烧所产生的废热等，具有能量密度低、分散等特点，非常适合于利用热电转换技术进行废热发电。因此在当前以绿色为主题的时代，对热电材料的探索和研究具有很现实的意义，而如何提升热电材料的热电性能也正引起研究者的广泛关注。通常人们用热电优值ZT来衡量材料热电性能的优劣。热电优值其中S为Seebeck系数，σ为电导率，κ为热导率。要使材料具有高的ZT值，就需要其具有高的温差电动势S，大的电导率σ和低的热导率κ。目前研究比较成熟的热电性能优良的热电材料，是半导体合金材料(如Bi₂Se₃、Bi₂Te₃、PbTe、Zn₄Sb₃、CoSb₃等)，虽然这些材料的热电优值比较高，但是它们却存在着易分解、易氧化、成本高、元素储量少和含有对人体有害的元素等缺点，严重制约其大规模的应用，并不能用作理想的高温热电材料。与此相比，氧化物热电材料由于具有高温稳定性、安全无毒、环境友好、元素储量丰富、易于制造、化学结构多样而复杂等优点，引起了研究者的广泛关注，被认为是一类在高温条件下具有潜在应用前景的新型热电转换材料。研究发现，层状氧化物体系具有自然的超晶格结构，导电层与绝热层分开，可以实现电输运和热输运的独立调控。被认为是声子玻璃-电子晶体热电材料的一类候选材料，也成为近年来热电研究领域的热点之一。