[发明专利]一种具有高结构稳定性的铜硒基热电材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有高结构稳定性的铜硒基热电材料及其制备方法，属于热电材料研究领域，该热电材料化学式为Li_yCu_1.85‑xBi_xSe，其中x为[0.02,0.05]，y为[0.01,0.03]；本发明仅通过改变铜(Cu)空位，得到具有稳定的立方相结构的Cu_1.85Se基热电材料。在此基础上，通过锂(Li)填充铜(Cu)空位，铋(Bi)掺杂来调节材料的热电参数，获得了热电性能大幅度提高的Li_yCu_1.85‑xBi_xSe热电材料，比纯相Cu_1.85Se基热电材料至少提高了3倍，且并不改变样品的结构转变特征。本发明对于铜族硫化物基热电材料抑制相变，在实际应用中具有非常重要的促进意义。

技术领域

本发明属于热电材料研究领域，特别是涉及了一种兼具高结构稳定性和高热电性能的铜硒基热电材料以及其制备方法。

背景技术

热电材料是一种基于塞贝克效应和帕尔贴效应而实现热能与电能之间相互转化的功能材料，且具有寿命长、安全可靠、环境友好、无机械转动、能够有效地利用低密度能量等特点，在军事、航空航天、电子工业、工业废热及汽车尾气废热回收利用等领域具有显著的优势。

近年来，Cu_2-δX(X＝S、Se或Te，δ代表Cu空位含量)基热电材料由于独特的“声子玻璃-电子晶体”特性，使其具有较低的晶格热导率和更高的热电性能，并且组成元素低毒、储量丰富的优点而受到广泛关注，展现出了极为广阔的应用前景。

通常，Cu_2-δX(X＝S、Se或Te，δ代表Cu空位含量)基热电材料在低温下存在一个或多个晶体结构，接着随着温度升高发生相变，成为高对称的立方相结构，从而表现出优异的热电性能。但是，相变的发生，意味着材料热膨胀系数发生剧烈变化，而产生巨大应力，导致材料或器件出现裂痕甚至损害；同时，材料在相变点会有较大的潜热，不能准确测试其热电性能。因此，对热电材料而言，消除或者抑制相变对提高应用稳定性十分重要。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在通过常规优化方法，提出一种兼具高结构稳定性和高热电性能的铜硒基热电材料及其制备方法。其中，一种兼具高结构稳定性和高热电性能的铜硒硫化物新型热电材料的特征在于，化学式为：Li_yCu_1.85-xBi_xSe(x＝0.02,0.03,0.04,0.05；y＝0.01,0.02,0.03)

本发明在二元铜硒化合物中，适当减小Cu空位有望得到稳定相结构的热电材料，如本次发明的Cu_1.85Se。但是，较多的Cu空位也带来了更低的塞贝克系数与较大的电子热导率，危害热电优值。故本发明在Cu_1.85Se基础上分别进行Cu位填充与掺杂，保证稳定的相结构同时大幅度优化了热电性能。

本发明通过锂(Li)填充铜(Cu)空位，铋(Bi)掺杂铜(Cu)位来调节材料的热电参数，获得了热电性能大幅度提高的Li_yCu_1.85-xBi_xSe热电材料

得到的Li_yCu_1.85-xBi_xSe热电材料室温均为稳定的立方相结构。其中，热电性能最高的Li_yCu_1.85-xBi_xSe基热电材料在300K-673K测试温度范围内具有稳定的立方相结构。

本发明技术方案为一种具有高结构稳定性的铜硒基热电材料,该热电材料化学式为Li_yCu_1.85-xBi_xSe，其中x为[0.02,0.05]，y为[0.01,0.03]；