專利名稱：甩帶法制備(AgSbTe<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(GeTe)<sub>100-x</sub>基熱電材料的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體熱電材料(AgSbTe2)x(GeTe)1()()_x基熱電材料的制備方法。
背景技術：
熱電材料是一種通過載流子(電子或空穴)的運動實現電能和熱能直接相 互轉換的半導體材料。當熱電材料兩端存在溫差時，熱電材料能將熱能轉化為 電能輸出；或反之在熱電材料中通以電流時，熱電材料能將電能轉化為熱能， 一端放熱而另一端吸熱。熱電材料在制冷或發(fā)電等方面有廣泛的應用背景。用 熱電材料制造的發(fā)電裝置可為空間航天器、短程通訊裝置、植入生物體內的小 型發(fā)電裝置提供能源，或用于工業(yè)余熱、廢熱發(fā)電領域。若轉換效率進一步提 高，則可進一步將其應用于太陽熱發(fā)電系統(tǒng)，大大簡化太陽熱發(fā)電系統(tǒng)中能量 轉換部件的結構進而降低成本。用熱電材料制造的制冷裝置體積小、不需要化 學介質，其制冷技術己達到準確控制溫度和濕度的水平，可應用于小型計算機 芯片和微電子元件、航空航天器件和超導系統(tǒng)的冷卻及便攜式小型制冷設備的 開發(fā)等方面。用熱電材料制造的裝置具有無機械運動部件、無噪聲、免維護等 突出優(yōu)點，具有很好的環(huán)保性。
熱電材料的性能用"熱電優(yōu)值"zr表征zr = (^a//r)xT。這里"是材料
的熱電勢系數，d是電導率，K是熱導率。(AgSbTe2)x(GeTe)跳x基熱電材料，其 中5^c《0，作為一種傳統(tǒng)的熱電材料，兼具高的電學性能和較低的熱導率，因 而具有相對較高的熱電優(yōu)值。若進一步的調控(AgSbTe2)x(GeTe)KH)-x基熱電材料 的微觀結構和減小晶粒尺寸，有望獲得更好性能的熱電材料。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種甩帶法制備(AgSbTe2)x(GeTe^,基熱電材料的方 法，以提高(AgSbTe2)《GeTe)跳x基熱電材料的熱電性能。
本發(fā)明的甩帶法制備(AgSbTe2)x(GeTe)，.x基熱電材料的方法，5^x^30，其 步驟如下
1) 將事先己經熔煉好的(AgSbTe2)x(GeTe)剛.x塊體裝入下端開口的石英玻璃 管內，然后豎直置于甩帶機腔體的感應熔煉線圈中，腔體抽真空，通過甩帶機 儲氣罐向腔體充保護氣體氬氣；
2) 調節(jié)儲氣罐的氣壓大于等于腔體氣壓，使感應熔化后的 (AgSbTe￡UGeTe)1()().x材料落至甩帶機腔體內旋轉的銅輥表面甩出；3)收集甩帶產物，壓制成型。
本發(fā)明方法利用儲氣罐與腔體之間的氣壓差或樣品自身重力，使感應熔化 后的樣品落至銅輥表面，為了防止感應熔化的樣品落至銅輥上向四周濺射，提
高甩帶效果， 一般控制儲氣罐與腔體的氣壓差為OMPa《Ap幼.10MPa，甩帶機 銅輥旋轉的表面線速度為10m/s^v^50m/s。
本發(fā)明通過甩帶工藝使樣品的晶粒明顯細化，尺寸小于未經甩帶的樣品， 增加了材料電子和聲子的散射，雖然電導率有所下降，但塞貝克系數大大上升， 同時熱導率明顯下降，從而提高了材料的熱電優(yōu)值。
圖1是(AgSbTe2;h5(GeTe)85熱電材料熔煉后真空熱壓成型(M-HP)和甩帶 后真空熱壓成型(MS-HP)的電導率比較圖2是(AgSbTe2^(GeTe)85熱電材料熔煉后真空熱壓成型(M-HP)和甩帶 后真空熱壓成型(MS-HP)的塞貝克系數比較圖3是(AgSbTe2)^GeTe)85熱電材料熔煉后真空熱壓成型(M-HP)和甩帶 后真空熱壓成型(MS-HP)的熱導率比較圖4是(AgSbTe2;h5(GeTe)85熱電材料熔煉后真空熱壓成型(M-HP)和甩帶 后真空熱壓成型(MS-HP)的熱電優(yōu)值(ZT)比較圖；
具體實施例方式
實施例1:
1) 將事先己經熔煉好的(AgSbTe2:h5(GeTe)85塊體裝入下端開口的石英玻璃管 內，然后豎直置于甩帶機腔體的感應熔煉線圈中，腔體抽真空，通過甩帶機儲 氣罐向腔體充保護氣體氬氣；
2) 調節(jié)儲氣罐氣壓與腔體氣壓分別為0.06MPa和0.04MPa，使兩者氣壓差 為0.02MPa。甩帶機銅輥表面線速度為30m/s，感應熔化后的(AgSbTe2)is(GeTe)85 材料由于氣壓差落至銅輥表面甩出；
3) 收集甩帶產物，在500°C、 80MPa壓力下真空熱壓成型，得到 (AgSbTe2)15(GeTe)85熱電材料。
材料的熱導率^根據采用Netzsch LFA-457型激光脈沖熱分析儀測量的熱擴 散系數、采用Netzsch DSC-404型差分比熱儀測量的比熱以及材料的密度計算得 到。材料的塞貝克系數"采用Agilent 34970A數據采集儀測量給定溫差試樣兩端 電勢差計算得到，材料的電導率魂用四電極法測量。材料的熱電優(yōu)值ZT根據 上述測量值計算得到。本例制得的(AgSbTe2)15(GeTe:)85熱電材料與普通熔煉熱壓制得的 (AgSbTe2;h5(GeTe)85熱電材料的電導率、塞貝克系數、熱導率、熱電優(yōu)值(即ZT 值)的比較如圖所示，從圖1可見，甩帶熱壓樣品的電導率明顯降低，從圖2 可見，甩帶熱壓樣品的塞貝克系數明顯的提高，從圖3可見，甩帶熱壓樣品的 熱導率有了明顯的降低，從圖4可見，甩帶熱壓樣品的的ZT值得到了有效的提 高。
實施例2:
1) 將事先己經熔煉好的(AgSbTe2)3o(GeTe)7()塊體裝入下端開口的石英玻璃管 內，然后豎直置于甩帶機腔體的感應熔煉線圈中，腔體抽真空，通過甩帶機儲 氣罐向腔體充保護氣體氬氣；
2) 調節(jié)儲氣罐氣壓與腔體氣壓均達到0.06MPa使兩者氣壓差為0。甩帶機 銅輥表面線速度為10m/s,感應熔化后的(AgSbTe2)3o(GeTe)7o材料由于自身重力 落至銅輥表面甩出；
3) 收集甩帶產物，在500°C、 80MPa壓力下真空熱壓成型，得到 (AgSbTe2)3()(GeTe)7o熱電材料。該熱電材料在450。C時的熱電優(yōu)值ZT比熔煉熱 壓的樣品提高了0.15。
實施例3:
1) 將事先己經熔煉好的(AgSbTe2)5(GeTe)95塊體裝入下端開口的石英玻璃管 內，然后豎直置于甩帶機腔體的感應熔煉線圈中，腔體抽真空，通過甩帶機儲 氣罐向腔體充保護氣體氬氣；
2) 調節(jié)儲氣罐氣壓與腔體氣壓差為O.lMPa。甩帶機銅輥表面線速度為 50m/s，感應熔化后的(AgSbTe2)"GeTe)95材料由于氣壓差落至銅輥表面甩出；
3) 收集甩帶產物，在500°C、 80MPa壓力下真空熱壓成型，得到 (AgSbTe2)5(GeTe)95熱電材料。該熱電材料在45(TC時的熱電優(yōu)值ZT比熔煉熱壓 的樣品提高了 0.2。
權利要求
1.甩帶法制備(AgSbTe2)x(GeTe)100-x基熱電材料的方法，5≤x≤30，其步驟如下1)將事先己經熔煉好的(AgSbTe2)x(GeTe)100-x塊體裝入下端開口的石英玻璃管內，然后豎直置于甩帶機腔體的感應熔煉線圈中，腔體抽真空，通過甩帶機儲氣罐向腔體充保護氣體氬氣；2)調節(jié)儲氣罐的氣壓大于等于腔體氣壓，使感應熔化后的(AgSbTe2)x(GeTe)100-x材料落至甩帶機腔體內旋轉的銅輥表面甩出；3)收集甩帶產物，壓制成型。
2. 根據權利要求1所述的甩帶法制備(AgSbTe2MGeTe)n基熱電材料的方 法，其特征在于儲氣罐與腔體的氣壓差為0MPa^Ap幼.10MPa。
3. 根據權利要求1所述的甩帶法制備(AgSbTe2)x(GeTe)跡x基熱電材料的方 法，其特征在于銅輥旋轉的表面線速度為10m/s^v《50m/s。
全文摘要
本發(fā)明公開的甩帶法制備(AgSbTe<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(GeTe)<sub>100-x</sub>基熱電材料的方法，5≤x≤30，步驟如下將事先已經熔煉好的(AgSbTe<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(GeTe)<sub>100-x</sub>塊體裝入下端開口的石英玻璃管內，然后豎直置于甩帶機腔體的感應熔煉線圈中，腔體抽真空，通過甩帶機儲氣罐向腔體充保護氣體；調節(jié)儲氣罐的氣壓大于等于腔體氣壓，使感應熔化后的(AgSbTe<sub>2</sub>)<sub>x</sub>(GeTe)<sub>100-x</sub>材料落至旋轉的銅輥表面甩出；收集甩帶產物，壓制成型。本發(fā)明通過甩帶工藝使樣品的晶粒尺寸小于未經甩帶的樣品，增加了電子和聲子的散射，塞貝克系數大大上升，同時熱導率明顯下降，從而提高了材料的熱電優(yōu)值。
文檔編號B28B1/00GK101579885SQ200910099268
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權日2009年5月27日
發(fā)明者張勝楠, 朱鐵軍, 楊勝輝, 趙新兵, 怡 陳 申請人:浙江大學