[发明专利]Al掺杂Cu缺位BiCuSeO基热电材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种Al掺杂Cu缺位BiCuSeO基热电材料及其制备方法，按照Bi:Cu:Bi₂O₃:Se:Al:Al₂O₃＝(1‑x)/3:1‑x:(1‑x)/3:1:x/3:x/3的物质的量之比配料，0.025≤x≤0.125；将各组分混合均匀，得混合粉末；将混合粉末球磨，再用玛瑙研钵研磨，再置于干燥箱内干燥，得干燥粉末；将干燥粉末封入真空石英管，再置于马弗炉内进行高温固相反应，样品随炉冷却后，打破真空石英管取出样品粉末，用玛瑙研钵研磨，再将研磨完成的粉末装入石墨模具，放入热压烧结炉内烧结；烧结完成冷却后脱模，既得Al掺杂Cu缺位BiCuSeO基热电材料。本发明制得的Al掺杂Cu缺位BiCuSeO基热电材料，具有纯度高、热导率低、电导率较高、电传输性能好、功率因子较高和无量纲热电优值ZT高等优点。

技术领域

本发明属于新能源材料技术领域，具体是一种Al掺杂Cu缺位BiCuSeO基热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料又被称为温差电材料，是一种利用塞贝克效应将热能转换为电能，和其逆反应帕尔贴效应将电能直接进行制冷或制热的新型功能材料，运用热电材料的这些特性，将其用在温差发电以及半导体制冷当中。它既可以被制成温差发电机也可以反过来应用制冷装置，这些热电器件具有轻巧的结构，占地面积小，使用寿命长，环保，适用于恶劣环境等优点，不仅为生产绿色产品的厂家提供了产品的发展方向，而且进一步使国民经济得到了可持续的发展。

热电材料的ZT值是判断材料热电性能的重要标准，长久以来，热电材料的研究主要集中在如何提高ZT值(无量纲热电优值)上。根据ZT＝S²σT/κ，热电性能良好的热电材料必须具有高的塞贝克系数(S)和电导率(σ)(通常把S²σ称为功率因子(power factor))以及低的热导率(κ)。一种性能优良的热电材料应该满足高电动势、高电导率和低热导率的要求。

目前，研究和使用的大多数热电材料仍然为传统的金属化合物，如Bi₂Te₃,CoSb₃,SiGe等，由于这些化合物在较高温度下易被氧化，且分解出含有对人体与环境有害的重金属，因此并不是最理想的热电材料。相比之下，氧化物热电材料因其高温下的稳定性、超低的热导率以及可以通过掺杂等方式改变的电性能，受到广大研究者的关注。与传统合金类热电材相比，BiCuSeO拥有高温下的稳定性强、超低的热导率、超高的塞贝克系数、制备成本更加低廉等优点。但是极低的电导率致使其ZT值较低，限制了它在热电材料领域的应用。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明旨在优化BiCuSeO基热电材料电导率低的状态，提升其热电性能，提供一种Al掺杂Cu缺位BiCuSeO基热电材料及其制备方法。本发明以Bi、Cu、Bi₂O₃、Se、Al、Al₂O₃粉末作为原料，采用高能球磨、高温固相反应、真空热压烧结等工艺制备Al掺杂Cu缺位BiCuSeO基热电材料，制得的材料具有纯度高、热导率低、电导率较高、电传输性能好、功率因子较高和无量纲热电优值ZT高。

为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种Al掺杂Cu缺位BiCuSeO基热电材料，所述热电材料的化学式为Bi_1-xAl_xCu_1-xSeO；其中Bi:Cu:Bi₂O₃:Se:Al:Al₂O₃物质的量之比＝(1-x)/3:1-x:(1-x)/3:1:x/3:x/3，0.025≤x≤0.125。