專利名稱：：一種p型銪鋅銻基熱電材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的p型銪鋅銻基熱電材料具高的熱電轉(zhuǎn)換效率，如44(TC時(shí)，銪鋅銻的優(yōu)值系數(shù)達(dá)0.92。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種p型銪鋅銻基熱電材料及制備方法。本發(fā)明涉及的p型銪鋅銻基高效熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于主相組成為AxByCz(x=0.9-l.l,y=l.8-2.2，z=l.8-2.2):A為Eu或Eu與Mg、Ca、Sr、Yb的組合；B為Zn或Zn與Mg、Mn、Cd的組合；C為Sb或Sb與P、As、Bi的組合。本發(fā)明的制備方法，包括配料、合成和燒結(jié)三步(1)用高純金屬單質(zhì)為原料，按照AxByCz(x=0.9-l.l,y=1.8-2.2,z=1.8-2.2):A為Eu或Eu與Mg、Ca、Sr、Yb的組合；B為Zn或Zn與Mg、Mn、Cd的組合；C為Sb或Sb與P、As、Bi的組合。(2)將步驟(1)配制的混合料封入涂碳的石英管中，氣氛為真空或充入少量惰性氣體。將石英管緩慢加熱至800100(TC保溫714天，使金屬原料進(jìn)行充分化學(xué)反應(yīng)，緩慢冷卻至室溫，充分研磨，即得p型銪鋅銻基熱電材料的粉末。(3)用放電等離子燒結(jié)設(shè)備將步驟(2)合成的p型銪鋅銻基熱電材料粉末燒結(jié)成致密的塊體，燒結(jié)條件為壓力40100MPa，溫度40060(TC，保溫時(shí)間530min，氣氛為真空。圖1是本發(fā)明提供的p型EuZn2Sb2熱電材料的X射線衍射圖譜，說明其為EuZn2Sb2純相，不含雜質(zhì)。測(cè)得的晶胞參數(shù)為a=4.4932(7)A,andc=7.6170(10)。圖2是本發(fā)明提供的p型EuZn2Sb2熱電材料的結(jié)構(gòu)，說明EuZri2Sb2為層狀CaAl2Si2型三方結(jié)構(gòu)(P-3m)，Eu位于[Zn2Sb2]雙層網(wǎng)絡(luò)之間。圖3是本發(fā)明提供的p型EuZn2Sb2熱電材料的電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)，說明EuZn2Sb2具有高電導(dǎo)率(1136-524S/cm)和高塞貝克系數(shù)(122-181(iV/K)。圖4是本發(fā)明提供的p型EuZn2Sb2熱電材料的熱導(dǎo)率，說明EuZri2Sb2具有低晶格熱導(dǎo)率(1.62-0.41W/mK)。圖5是本發(fā)明提供的p型EuZri2Sb2熱電材料的功率因子和優(yōu)值系數(shù)，說明EuZri2Sb2具有高功率因子(16.36~20.72|aW/cmK2)和高優(yōu)值系數(shù)(0.92)。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，但并非僅限于實(shí)施例。在以下實(shí)施例中，用電導(dǎo)率(S/cm)，表示材料的導(dǎo)電性，這一數(shù)值越高，說明導(dǎo)電性越好；用塞貝克系數(shù)(pV/K)表示材料的溫差電勢(shì)，這一數(shù)值越高，說明溫差產(chǎn)生的電勢(shì)差越高；用功率因子表示材料的熱電轉(zhuǎn)換的功率(^W/cmK2)，這一數(shù)值越高，說明熱電轉(zhuǎn)換的功率越高；用熱導(dǎo)率(W/mK)表示材料的導(dǎo)熱性，這一數(shù)值越低，說明熱損失越??；用優(yōu)值系數(shù)表示材料的熱電轉(zhuǎn)換效率，這一數(shù)值越高，說明熱電轉(zhuǎn)換的效率越高。表1列出了實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)和性能，表2列出了實(shí)施例1-8的組成和制備工藝。實(shí)施例1采用高純(〉99.9%)金屬單質(zhì)分別按表2指定的組分配料，把原料放于石墨坩堝中，封入石英管，石英管內(nèi)為真空。將上述石英管放入高溫爐中，緩慢生溫到90(TC，保溫14天，緩慢冷卻至室溫，充分研磨，即得熱電材料粉末。將上述粉末用放電等離子燒結(jié)設(shè)備直接燒結(jié)制備成塊狀材料，燒結(jié)條件為壓力60MPa，溫度500'C，保溫時(shí)間15min，氣氛為真空。然后，測(cè)試X射線衍射數(shù)據(jù)，熱導(dǎo)率，塞貝克系數(shù)和電導(dǎo)率。圖1-圖5給出了實(shí)施例1的特征X射線衍射圖譜，結(jié)構(gòu)和性能測(cè)試結(jié)果圖。表lEuZn2Sb2的結(jié)構(gòu)和性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實(shí)施例2-8實(shí)施例2-8的制備過程參考實(shí)施例1，實(shí)施例2-8的組成和制備工藝見表2。表2實(shí)施例2-8的組成和制備工藝<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1、一種p型銪鋅銻基高效熱電轉(zhuǎn)換材料，其特征在于組成為AxByCz，其中x＝0.9-1.1，y＝1.8-2.2，z＝1.8-2.2；A為Eu或Eu與Mg、Ca、Sr、Yb的組合；B為Zn或Zn與Mg、Mn、Cd的組合；C為Sb或Sb與P、As、Bi的組合。2、按權(quán)利要求1所述的一種p型銪鎘銻基熱電材料，其特征在于A為Eu，B為Zn，C為Sb。3、按權(quán)利要求l所述的一種p型銪鎘銻基熱電材料，其特征在于組成式為EuZn2Sb2或Euo.9Zn2.2Sbu或(Euo.5Ybo.5)Zn2Sb2或(Eu。.sYbo.2Cao.2Sr(n)Zn2Sb2或Eu(ZnCd)Sb2或Eu(ZnCdQ.5MgQ.3Mno.2)Sb2或EuZn2(SbBi)或EuZn2(SbBiQ.5P0.3As0.2)。4、一種按權(quán)利要求1或2或3所述的p型銪鎘銻基熱電材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(1)以金屬單質(zhì)為原料，按組成式配比原料；(2)將步驟(1)配制的混合料在真空或惰性氣氛下，于70090(TC保溫后研磨獲得粉末；(3)采用放電等離子燒結(jié)步驟(2)獲得粉末燒結(jié)成致密的塊體。5、一種按權(quán)利要求4所述的p型銪鎘銻基熱電材料的制備方法，其特征在于所述保溫時(shí)間為714天。6、一種按權(quán)利要求4所述的p型銪鎘銻基熱電材料的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)條件為壓力30100MPa，溫度300-500°C。7、一種按權(quán)利要求4所述的p型銪鎘銻基熱電材料的制備方法，其特征在于所述燒結(jié)過程的氣氛為真空。全文摘要本發(fā)明涉及一種p型銪鋅銻基熱電材料及其制備方法，屬于熱電材料的
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明提出的p型銪鋅銻基材料，其特征在于組成為A<sub>x</sub>B<sub>y</sub>C<sub>z</sub>(x＝0.9-1.1，y＝1.8-2.2，z＝1.8-2.2)A為Eu或Eu與Mg、Ca、Sr、Yb的組合；B為Zn或Zn與Mg、Mn、Cd的組合；C為Sb或Sb與P、As、Bi的組合。本發(fā)明的制備方法分為配料、合成和燒結(jié)三步。本發(fā)明涉及的p型銪鋅銻基熱電材料在400～500℃附近，具高的熱電轉(zhuǎn)換效率，如p型銪鋅銻熱電材料在中溫440℃附近的優(yōu)值系數(shù)達(dá)0.92，優(yōu)化的p型銪鋅銻基熱電材料可作為中溫?zé)犭娹D(zhuǎn)換器件。文檔編號(hào)H01L35/18GK101359713SQ200810200168公開日2009年2月4日申請(qǐng)日期2008年9月19日優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日發(fā)明者輝張,楊昕昕,湯美波,滿振勇,趙景泰申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所