[发明专利]一种中温段热电材料及其制备方法

说明书

该发明公开了一种中温段热电材料及其制备方法,涉及热电材料领域，具体涉及中温段热电材料及其制备方法。通过简单的机械合金法合成性能优异的中温段热电材料，该材料在573‑723K之间具有优异的热电性能，该材料在673K时ZT大于2，在723K时ZT高达2.5；该工艺简单，适合大规模生产；该温度段ZT值远高于同类S族化合物热电材料，并优于目前商业化的典型中温段热电材料PbTe。

技术领域

本发明涉及热电材料领域，具体涉及中温段热电材料及其制备方法。

背景技术

随着全球工业的快速发展，大量不可再生能源被过度消耗，造成了日益严峻的能源危机及环境问题。开发新型的清洁能源、提高能源使用效率是现代社会可持续发展的根本。据统计，全世界有超过2/3的能量消耗是以热能的形式排放。因此，如何有效地回收并再利用这部分热能，具有十分重要的研究价值。热电材料是一种利用固体内部载流子和声子的输运及其相互作用来实现热能和电能之间相互转换的半导体功能材料，具有无污染、无机械传动、无噪音、安装灵活、可靠性高等优点，在温差发电、废热回收及固态制冷领域具有十分重要的研究意义及应用前景。材料的热电性能可用无量纲热电优值ZT来表示：ZT＝S²σT/k，其中σ、S、κ和T分别为材料的电导率、Seebeck系数、热导率和绝对温度。性能优异的热电材料通常具有较高的ZT值。

由于大多数废热源一般处于中温段(400～900K)，因此中温热电材料具有广阔的应用空间。常见的中温热电材料，如已商用的PbX(X＝S,Se,Te)基材料，通过调节基体材料化学计量比、化合物间固溶形成二元或三元固溶体、外来原子掺杂、引入纳米结构等方法都能极大程度地优化材料的热电性能，如(PbTe)(PbS):Na在923K时最高ZT达到2.3，(PbTe)(SrTe):Na在915K时最高ZT达到2.1，(PbSe)(CdS):Na在923K时最高ZT达到1.6。但该体系中核心组分Pb作为三大重金属污染物之一，对人体和环境都有极大的危害，严重限制了PbX基材料的应用；单晶SnSe，沿b轴方向923K时ZT为2.6，Br掺杂SnSe单晶n型材料沿a轴方向在773K时ZT更是高达2.8±0.5，是迄今为止性能最好的热电材料。但SnSe单晶的层状结构、易解理性及单晶的固有特征导致其应用严重受阻；除此之外,其它的典型中温热电材料，如方钴矿、Zintl、SbTe、Cu₂CdSnSe₄、CuInTe₂等，其热电性能仍然存在较大的提升空间。因此，急需发展新型的、环境友好的、性能优异的中温热电材料以满足市场需求。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在通过常规优化方法，提出一种性能优异的中温热电材料及其制备方法。其中，一种性能优异的中温热电材料的特征在于：化学式为Ag_1-xCu_1+xTe_1-yI_y,(-0.5≤x≤0.5，0＜y≤0.2)。

本发明通过碘(I₂)掺杂，调节银铜比(Ag/Cu)来调节材料的热电参数，获得了中温热电性能优异的Ag_1-xCu_1+xTe_1-yI_y热电材料。

本发明技术方案为一种中温段热电材料,化学式为Ag_1-xCu_1+xTe_1-yI_y,其中-0.5≤x≤0.5，0＜y≤0.2。

一种中温段热电材料的制备方法，具体包含以下步骤：

步骤1：将Ag,Cu,Te及CuI按照Ag_1-xCu_1+xTe_1-yI_y化学计量比在惰性气体氛围中称量,其中的-0.5≤x≤0.5，0＜y≤0.2；