[发明专利]一种n型立方相Ge-Te基热电材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种n型立方相Ge‑Te基热电材料及制备方法，n型立方相Ge‑Te基热电材料的化学分子式是(GeTe_x)(ABTe₂)_y，其中A为金属Ag，B为金属Bi，0.5≤x≤1.0，0.5≤y≤1.25。(GeTe_x)(ABTe₂)_y热电材料的制备方法由球磨混合、熔融反应、固体烧结三步组成。首先按照(GeTe_x)(ABTe₂)_y分子式中的摩尔分数称取相应质量的Ge、A、B、Te的单质粉末，然后将粉末球磨混合均匀，将混匀的粉末冷压成块体，密封在石英管中，在高温下熔融反应，然后在适当的压力和温度条件下，利用放电等离子体烧结技术烧结成块体热电材料。立方相(GeTe_x)(ABTe₂)_y热电材料呈现出负的Seebeck系数和霍尔系数，是n型热电材料，并且在414K时(GeTe_0.8)(ABTe₂)的ZT_max＝0.20，表现出较好的热电性能。

技术领域

本发明属于热电领域，具体涉及一种n型立方相Ge-Te基热电材料及制备方法。

背景技术

热电技术能够通过热电器件直接实现热能与电能之间的相互转化，具有无运动部件、无噪声、无有害气体排放等优点，是一种环境友好的清洁能源技术。热电器件的转换效率取决于热电材料的性能。热电材料的性能可以用无量纲热电优值ZT来衡量，热电优值由下式计算，ZT＝(S²σ/κ)T，其中S是Seebeck系数，σ是电导率，T是绝对温度，K是热导率，功率因子PF＝S²σ。热电器件要求性能相匹配的p型和n型热电材料。碲化锗(GeTe)是一种已经投入使用、性能优异的p型锗硫族中温发电热电材料，发现于20世纪60年代。最近几年，研究者们对GeTe进行了大量的再研究，发表了很多高质量的文章。研究表明，GeTe本身含有大量的锗空位，从而具有高的空穴载流子浓度(～10²¹cm^-3)，同时GeTe在700K附近经历一个三方相到立方相的相变，这些使得本征GeTe具有低的热电性能和稳定性。通过元素掺杂和合金化，GeTe的热电性能和稳定性可以得到大幅提高，其热电优值ZT_max已经达到2.4；通过结构调控，可实现室温立方相和降低相变不稳定性。然而，由于GeTe热电材料包含大量的本征锗空位(D.H.Damon,M.S.Lubell,R.Mazelsky,J.Phys.Chem.Solids,1966,28,520-522.)，无论是三方相还是立方相，文献报道的都是p型热电性能，n型GeTe至今未见报道。因此，通过适当的方法消除锗空位，并进行有效电子掺杂，获得n型GeTe基热电材料具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明技术解决问题：提供了性能较好的n型Ge-Te基热电材料的制备方法。

本发明技术解决方案：一方面提供一种Ge-Te基热电材料，所述Ge-Te基热电材料的化学通式是(GeTe_x)(ABTe₂)_y，其中A为元素Ag，B为元素Bi，Ge:A:B:Te的摩尔比为1:y:y:(2y+x)，并且0.5≤x≤1.0，0.5≤y≤1.25；所述Ge-Te基热电材料具有立方晶体结构，是n型热电材料。

基于以上技术方案，优选的，所述x＝0.8，所述y＝1.0。

本发明另一方面提供一种Ge-Te基热电材料的制备方法如下：

(1)球磨混合：按上述(GeTe_x)(ABTe₂)_y中的摩尔分数比，称取Ge、A、B、Te元素单质的粉末，放入球磨罐中进行球磨混合，在一定转速和球磨时间内将粉末球磨均匀；