[发明专利]一种n型PbSe基热电材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种n型PbSe基热电材料，所述n型PbSe基热电材料化学式为Pb_0.8+xAg_0.1Sb_0.1Se_0.8Te_0.2；其中，x的取值范围为0.01～0.20；x表示掺杂的Pb的摩尔分数；实现了PbSe由未掺杂前的p‑n转变，到掺杂后的n型材料，有效提高了电导率，功率因子PF在整个温度范围内都有大幅度提升，最终实现热电优值的提升。

技术领域

本申请涉及一种n型PbSe基热电材料及其制备方法和应用，属于热电材料领域。

背景技术

随着不可再生能源的快速消耗及其产生的污染物给环境带来的严重影响，开发新型清洁能源技术迫在眉睫。尤其对于自然界和人类活动中，有着能量巨大的耗散废余热未被开发利用，而热电材料正好是一种能够实现热能和电能直接相互转化的材料，并且具有无运动部件、安全可靠、不排放燃烧污染物、应用温度范围宽等优势，可作为一种新型清洁能源技术广泛开发与应用。

热电器件的性能主要是由无量纲的热电优值(ZT)决定，其公式为ZT＝S²σT/(κ_L+κ_e)，其中S，σ，T，κ_L和κ_e分别为塞贝克系数、电导率、绝对值温度、晶格热导率和电子热导率。热电材料的优化和性能增强，要寻找高性能的热电材料，就是要寻找同时具有高的电导率σ、高的塞贝克系数S和低的热导率κ的材料。但是这三个物理量并不是独立的，而是相互耦合的，因此协调好三者的关系对于提高最终的热电优值ZT是十分重要的。

由于Se的地壳丰度大，且具有好的热稳定性和较高的操作温度范围，相比于传统热电材料PbTe而言，PbSe基材料作为新型热电材料之一近来被广泛研究。目前通过引入各种散射或能带调控，如通过Sb³⁺等价替换Pb²⁺引入阳离子空位实现大量新的位错，实现晶格热导率的降低；通过CuSe₂的合金化实现能隙增大和晶格热导降低。在n型PbSe的合成与优化方面体现了较大的进展，因此对n型PbSe的合成及研究就有了更大的潜在价值和意义。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种n型PbSe基热电材料，该材料以PbSe为基体，首先利用ABX₂型立方相化合物AgSbTe₂的掺杂技术，掺杂比例为10％，实现了PbSe由未掺杂前的p-n转变，到掺杂后的n型材料，过量Pb的加入有效提高了电导率，功率因子PF在整个温度范围内都有大幅度提升，最终实现热电优值的提升。

一种n型PbSe基热电材料，所述n型PbSe基热电材料化学式为Pb_0.8+xAg_0.1Sb_0.1Se_0.8Te_0.2；

其中，x的取值范围为0.01～0.20；

x表示掺杂的Pb的摩尔分数；

优选地，x的取值范围为0.04～0.16；

可选地，x的取值范围独立地选自0.01、0.04、0.08、0.12、0.16、0.20中的任意值或任意两者之间的范围值。

可选地，所述n型PbSe基热电材料的平均功率因子PFave为8～12μW·cm^-1K^-2。

可选地，所述n型PbSe基热电材料的平均功率因子PFave取值独立地选自8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12中的任意值或任意两者之间的范围值。

可选地，所述n型PbSe基热电材料在750～850K的热导率κ为0.8～0.9W·m^-1·K^-1。