P型可逆相變高性能熱電材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種P型可逆相變高性能熱電材料及其制備方法，所述熱電材料為摻雜I的砸化銅基熱電材料，其化學(xué)組成為Cu2Sei_xIx，其中，0<x^0.08，優(yōu)選0.04<x<0.08。本發(fā)明提供的熱電材料化合物為半導(dǎo)體，相比于室溫附近傳統(tǒng)的碲化鉍基熱電材料，此化合物組成簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)，成本低，在相變區(qū)域具較高的塞貝克系數(shù)和優(yōu)異的電導(dǎo)率，同時(shí)具有低的熱導(dǎo)率，熱電優(yōu)值(ZT值）在相變溫度區(qū)附近可以達(dá)到1左右。
【專利說明】P型可逆相變高性能熱電材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及熱電材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型可逆相變高性能熱電材料，尤其是P 型硒化銅基熱電材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)是利用半導(dǎo)體材料直接進(jìn)行熱能和電能相互轉(zhuǎn)換的技術(shù)，其原理是 根據(jù)材料的賽貝克（Seebeck)效應(yīng)和帕爾帖（Peltier)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱電發(fā)電和熱電制冷。該 技術(shù)在應(yīng)用上具有無污染、無機(jī)械傳動(dòng)、無噪音、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用在工業(yè)余廢 熱的回收利用、空間特殊電源、微型制冷器件等領(lǐng)域。近年來，由于日益嚴(yán)重的能源短缺和 環(huán)境污染問題，熱電材料的研究越來越受到重視。
[0003] 熱電材料最佳能量效率與工作的高低端溫度和材料本質(zhì)性能相關(guān)，其中材料的熱 電性能由無量綱的ZT值決定，具體定義為：ZT=S 2〇T/k，其中S表示塞貝克系數(shù)，〇表示電 導(dǎo)率，T是絕對(duì)溫度，K為材料的熱導(dǎo)率。材料的ZT值越高，熱電能量的轉(zhuǎn)換效率也越高。
[0004] 熱電材料在制冷領(lǐng)域的應(yīng)用主要是微器件制冷。依據(jù)帕爾貼效應(yīng)，在P、N兩類不 同類型熱電材料經(jīng)導(dǎo)流片連接成的n型器件中，當(dāng)有電流通過時(shí)，器件一側(cè)吸熱制冷，而 另一側(cè)放熱。描述熱電制冷器的性能參數(shù)主要包括制冷效率、最大制冷量和最大溫差。制 冷效率為制冷量和輸入電能的比值，取最佳輸入電流工作狀態(tài)時(shí)，最大制冷效率為：

【權(quán)利要求】
1. 一種P型可逆相變高性能熱電材料，其特征在于，所述熱電材料的化學(xué)組成為 Cu2SehI x,其中，0〈x 芻 0? 08。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的P型可逆相變高性能熱電材料，其特征在于， 〇? 04 芻 X 芻 0? 08。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的P型可逆相變高性能熱電材料，其特征在于，所述熱電材 料的相變溫度為300?390K。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的P型可逆相變高性能熱電材料，其特征在于，所述熱電材料化 室溫下的ZT值為0. 1以上，在其相變溫度區(qū)的ZT值為0.8以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的P型可逆相變高性能熱電材料，其特征在于，所 述熱電材料形成厚度為20?50nm的三明治層狀結(jié)構(gòu)。
6. -種制備權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的P型可逆相變高性能熱電材料的方法，其 特征在于，包括 ： 按摩爾比（2-x) : (1-x) :x稱取銅金屬單質(zhì)、硒金屬單質(zhì)和碘化亞銅并對(duì)其進(jìn)行真空封 裝； 分段升溫至1150?1170°C熔融處理12?24小時(shí)； 分段降溫至600?700°C下退火處理5?7天后隨爐冷卻至室溫；以及 在400?450°C下進(jìn)行加壓燒結(jié)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述分段升溫包括：先以2. 5?5°C /min 的升溫速率升溫到650?700°C，恒溫1?2小時(shí)；再以0. 8?2°C /min的升溫速率，升溫 到 1150 ?1170°C。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述分段降溫包括：先以5?KTC / 小時(shí)的速率緩慢降溫到1000?1120°C，恒溫12?24小時(shí)；再以5?KTC /小時(shí)的降溫速 率緩慢降溫到600?700°C。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6?8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述真空封裝在惰性氣體保 護(hù)下用等離子體或火焰槍封裝方式進(jìn)行。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6?9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述加壓燒結(jié)采用放電等 離子燒結(jié)方式，所述加壓燒的壓力為50?65Mpa，燒結(jié)時(shí)間為5?10分鐘。
【文檔編號(hào)】C01B19/00GK104211024SQ201310220037
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月4日
【發(fā)明者】史迅, 劉灰禮, 陳立東 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所