[发明专利]一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法

权利要求书

1.一种高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)单质粉末的常温冷压成型

无氧环境下，按摩尔比1:1称取Sn粉和Se粉，混合后进行冷压成型，脱膜得未经反应的块状坯体材料；

2)高温熔融反应

无氧环境下，将步骤1)得到的块状坯体材料进行热处理，加热至SnSe熔点以上进行高温熔融反应，反应完成后水冷得到SnSe多晶；

3)高能球磨

在无氧的密封环境下，对步骤2)制得的SnSe多晶进行球磨，得到粒径在2μm以下的SnSe多晶粉末；具体如下：

3.1)在充满氩气的手套箱中，将钢球与步骤2)得到的SnSe多晶按球料质量比5:1～20:1放入球磨罐中，然后将球磨罐密封，取出；

3.2)将步骤3.1)密封的球磨罐放在行星式球磨机中，以200～400rpm的球磨速度球磨5～50h；

3.3)在充满氩气的手套箱中打开球磨罐，取出粒径在2μm以下的SnSe多晶粉末；

4)真空热压烧结

将步骤3)制得的SnSe多晶粉末在真空下进行热压烧结成形，冷却得到纯SnSe多晶块体，具体如下：

4.1)在充满氩气的手套箱中，将步骤3)得到的SnSe多晶粉末装入内壁垫有一层石墨纸的石墨模具中；

4.2)将步骤4.1)的石墨模具从手套箱中取出，置于真空热压炉或放电等离子烧结设备中，以10℃/min的升温速率加热至480±30℃，并在30～60MPa的压力下保温保压10～50min；

4.3)随炉冷却，取出石墨模具，脱模，将样品表面打磨干净平整，得到纯SnSe多晶块体。

2.根据权利要求1所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法，其特征在于，步骤1)具体是：

1.1)在充满氩气的手套箱中，按摩尔比1:1称取Sn粉和Se粉，搅拌混合，得混合粉末；所述氩气的纯度≥99.999wt％；

1.2)将步骤1.1)得到的混合粉末置于硬质合金模具中，保持25MPa的压强2min，脱膜后得到未经反应的块状坯体材料。

3.根据权利要求1所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法，其特征在于：

步骤1)中，所述Sn粉与Se粉均采用纯度为99.99wt％以上、粒径为10～30μm的Sn粉与Se粉。

4.根据权利要求1-3任一所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法，其特征在于，步骤2)具体是：

2.1)将步骤1)得到的块状坯体材料置于石英管中抽真空至4.5×10^-4Pa以下，封口；

2.2)将步骤2.1)封口后的石英管放入马弗炉中，以2℃/min的升温速率加热到1000℃保温48h；水冷得到SnSe多晶。

5.根据权利要求1所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法，其特征在于：

步骤3.1)中，球料比为5:1；

步骤3.2)中，以300rpm的球磨速度球磨20h。

6.根据权利要求1所述高ZT值纯SnSe多晶块体热电材料的制备方法，其特征在于：

步骤4.2)中，以10℃/min的升温速率加热至500℃，并在50MPa的压力下保温保压30min。

7.一种高ZT值的SnSe多晶块体，其特征在于：采用权利要求1～6任一所述的制备方法制得。

8.根据权利要求7所述高ZT值的SnSe多晶块体，其特征在于：

致密度为96.93％，室温载流子浓度为1.90×10¹⁷cm^-3，载流子迁移率为1.16cm² V^-1s^-1，电阻率为28.32Ωcm；在873K时，材料的电导率为77.9S cm^-1，功率因子为6.9μW K^-2cm^-1，总热导率为0.28W K^-1m^-1，ZT值为2.1。