[发明专利]一种铜基氧化物热电材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜基氧化物热电材料的制备方法，包括将氧化镧La₂O₃与氧化铜CuO进行混合后在球磨罐内依次进行干磨、湿磨；对干磨和湿磨后的混合物进行烘干得到的纳米粉末放置在模具中，通过电动粉末压片机进行压成片状样品，放置在具有99％氧化铝的坩埚中；将坩埚放入在电阻炉中进行加热、保温，然后随电阻炉冷却至室温；取出坩埚中的片状样品进行研磨和过筛，得到铜基氧化物的纳米粉体；将铜基氧化物的纳米粉体放置在石墨模具中，并将石墨模具放进放电等离子体烧结炉中烧结，得到块状的铜基氧化物La₂CuO₄，本发明制备出一种原料廉价、热稳定性高、抗氧化能力强、对环境无污染的铜基氧化物。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，特别是一种铜基氧化物热电材料的制备方法。

背景技术

随着近年来能源问题日益严重，废热回收已成为缓解能源短缺问题的有效途径之一，其中的热电材料因其不需要机械结构便可实现热能和电能的相互转换而受到广泛的关注。目前大多数制冷和低温温差转换电能的元件大多是重金属合金，如Bi₂Te₃、Bi₂Se₃等，虽然他们具有良好的热电性能优值，但是其原料昂贵，在高温下不稳定易被氧化，并且都具有极大的毒性。为了更好的满足市场需求，开发一种原料廉价、热稳定性高，抗氧化能力强、对环境无污染的高温热电材料，层状稀土铜基氧化物成为本发明的研究对象。La₂CuO₄在c轴方向上以KF岩盐和KNiF₃钙钛矿交替层叠加的正方K₂NiF₄结构的正交畸变形式结晶，具有非配层结构，凭借这种特殊的层状结构，La₂CuO₄具有较强的传导各向异性，被称为高温超导体。

用于铜基氧化物的制备方法包括常压烧结和热压烧结，传统烧结过程长，无法抑制晶粒的长大，无法保留机械合金化引入的微/纳米结构和尺寸，效率低还浪费能源且操作复杂，而且制备出的铜基氧化物热稳定性低，抗氧化能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜基氧化物热电材料的制备方法，利用机械合金化与放电等离子烧结技术相结合制备铜基氧化物，该方法简单、高效，获得的晶粒尺寸较小，同时可以引入纳米结构和缺陷，有助于降低晶格热导率，获得性能优良的高温热电材料。

实现本发明目的技术解决方案为：一种铜基氧化物热电材料的制备方法，包括如下步骤：

将氧化镧La₂O₃与氧化铜CuO进行混合后在球磨罐内依次进行干磨、湿磨；

对干磨和湿磨后的混合物进行烘干得到的纳米粉末放置在模具中，通过电动粉末压片机进行压成片状样品，放置在具有99％氧化铝的坩埚中；

将坩埚放入在电阻炉中进行加热、保温，然后随电阻炉冷却至室温；

取出坩埚中的片状样品进行研磨和过筛，得到铜基氧化物的纳米粉体；

将铜基氧化物的纳米粉体放置在石墨模具中，并将石墨模具放进放电等离子体烧结炉中烧结，得到块状的铜基氧化物La₂CuO₄。

进一步地，所述干磨的转速为100～500rpm，时间为15min～96h。

进一步地，所述湿磨时，在球磨罐进气口通入氩气的同时，在出气口用针管注入无水乙醇作为介质进行湿磨。

进一步地，所述湿磨的转速为50～300rpm，时间为15min～12h。

进一步地，所述烘干温度为20～200℃，时间为4～20h。