[发明专利]一种N型TiS2基热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种N型TiS2基热电材料及其制备方法，本发明的方法包括先制备TiS2粉末，再将InSb纳米粉末通过行星式球磨的方法与TiS2粉末充分混合，最后通过热压烧结制备得到热电材料，通过调节复合物热电材料中各组分的百分含量，并结合调控各个工序中的参数，实现了TiS2和InSb的有效复合。通过该方法优化了N型TiS2基热电材料的低温性能，特别是降低了热导率、提高了功率因子和ZT值。本发明与现有的技术相比的优点在于：本发明的方法具有原料丰富、价格优廉、环境友好、工艺简便、易于规模规模化生产和实用性强。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，具体是一种N型TiS2基热电材料及其制备方法。

背景技术

用于温差发电的热电器件，可将热能直接转化为电能而无需运动部件和工作介质，不排放任何有毒有害物质和温室气体，是典型的绿色能源技术。它可利用地热以及电厂和锅炉等排出的大量余热发电，从而节约大量能源。利用汽车排放的废热发电时既可回收节约大量能源又可减少环境污染。

热电器件的关键核心是制造该器件的热电材料，获得高性能的热电材料是开发高效热电器件的前提。热电材料的性能由一个无量纲参数ZT来表征，其中T为绝对温度，Z称为热电优值或品质因子(figure of merit),其与材料的物理性能参数关系为：

ZT＝S2σT/κ

式中σ为电导率，S是热电势(Seebeck系数)，κ＝κc+κL(κc为载流子贡献的热导，κL为晶格或声子热导)为材料总热导率。由表达式可知，要提高热电材料的热电转换效率，应尽可能地提高S和σ以及降低κ值。

因此，寻找有效提高ZT值的新型热电材料一直是热电技术领域的研究目标。

TiS2曾经作为锂离子电池的电极材料被广泛研究，近年又被发现作为一种非常有潜力的低温热电材料具有重要的研究价值，如近期Guilmeau等人研究了Cu掺杂TiS2的高温热电性能(Appl.Phys.Lett.111,133903(2017))；Zhou等人在TiS2基体薄膜材料中也获得了较高的热电性能，其功率因子PF～2.167μW/cm·K2(ACS Appl.Mater.Interfaces 9,49,42430～42437(2017).)。然而关于块体TiS2热电材料的低温性能却研究较少，因此，急需一种关键技术提高该材料体系的低温热电性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种N型TiS2基热电材料及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案为：一种N型TiS2基热电材料，所述N型TiS2基热电材料含有TiS2基体和InSb，所述N型TiS2基热电材料的总质量为100％计，其中，所述InSb的质量分数为0％～20％，且不包含0％，所述TiS2基体的质量分数为80％～100％，且不包含100％，所述InSb的质量分数为2.5％～15％，所述TiS2基体的质量分数为85％～97.5％。

一种N型TiS2基热电材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)、制备TiS2粉末；

(2)、将纳米化的InSb粉末与步骤(1)制得的TiS2粉末混匀，得到混合粉末，通过机械合金化方法使混合粉末纳米化，得到纳米化的复合粉末；

(3)、对步骤(2)得到的纳米化的复合粉末进行热压烧结，得到N型TiS2基热电材料。

作为改进，在步骤(1)所述制备TiS2粉末的方法如下：将Ti单质和S单质按摩尔比1:2混合，将混合得到的粉料封入真空石英管中，放入管式炉内进行熔炼，对熔炼产物进行研磨，得到TiS2粉末。

作为改进，所述Ti单质和S单质的纯度均大于99.9％，所述Ti单质和S单质采用粉末状原料。