熱電材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱電材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種1132復合納米MoS2熱電材料的制備方法。
技術(shù)背景
[0002]熱電材料是一種可以實現(xiàn)熱能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的材料，目前在航空航天和熱電制冷方面有著理想的應用，在太陽能發(fā)電、工業(yè)余熱回收利用等領(lǐng)域有著可觀的應用前景。熱電發(fā)電/制冷裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、無噪音、無磨損、安全可靠、壽命長等優(yōu)點。通常采用無量綱值，熱電優(yōu)值ZT (ZT = S2 σ T/ K )來評價材料的熱電性能，其中，S為塞貝克系數(shù)，σ為電導率，S2O為功率因子，K為熱導率?，F(xiàn)有的尚性能熱電材料大多含有稀有兀素或者有毒重金屬元素(如Te、Pb、Se等)，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)和應用。1132是一種新型的熱電材料，它既有較好熱電性能，而且Ti和S元素在地殼里含量均比較豐富，價格便宜，環(huán)境友好，質(zhì)量輕便，因此在大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)和應用方面具有較大潛力。
[0003]TiS2是一種CdI 2型層狀化合物，目前，TiS 2基熱電材料的主要改性方法是在其層間插入其他金屬原子(如Cu、Ag)或金屬硫化物(如PbS、SnS)來降低它的熱導率，但是插層這種方法不利于優(yōu)化TiSj^載流子濃度，導致其熱電性能的提高有限。納米復合的方法，易于克服插層法的劣勢而保持TiS2的較高的功率因子，同時降低材料的晶格熱導率，有望獲得ZT值較大的提升。目前基于TiS2的納米復合熱電材料的研究尚屬空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明得目的是為了改進現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種1132復合納米MoS 2熱電材料的制備方法；采用復合第二相的方法使不同尺度的納米相分散在TiS^ae界周圍，有效的散射不同尺度的聲子，降低了材料的晶格熱導率，在很大程度上提高了 TiS2的熱電性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種1^2復合納米MoS 2熱電材料的制備方法，其具體步驟如下:
[0006]I)將MoS2粉末機械球磨至平均粒徑為10?200納米；
[0007]2)將球磨得到的MoS2納米粉末按照復合所需量稱量并超聲分散；
[0008]3)將TiS2粉末和超聲分散后的MoS 2納米溶液研磨混合均勻并烘干；
[0009]4)將步驟3)烘干的粉末經(jīng)過放電等離子燒結(jié)成致密塊體；制得1132復合納米MoS2熱電材料。
[0010]優(yōu)選上述步驟I)所述的MoS2粉末純度大于等于99% ;機械球磨時球磨罐中以惰性氣體保護。
[0011]優(yōu)選步驟2)中所述的MoS2納米粉末按照復合所需量稱量為=MoS2占所制備的打32復合納米MoS2熱電材料的摩爾比為1%?10%。
[0012]優(yōu)選步驟2)所述的超聲條件為:在酒精或水中超聲分散I?5h，超聲頻率為50?10KHz ο
[0013]優(yōu)選步驟3)所述的TiS2粉末顆粒粒徑小于200 μ m。
[0014]優(yōu)選步驟3)研磨混合時間為0.5?I小時；所述的干燥條件為:50?70°C干燥I ?5h。
[0015]優(yōu)選步驟4)所述的放電等離子燒結(jié)條件為:真空氣氛下，燒結(jié)壓力為30?10Mpa ;燒結(jié)溫度為600?900°C ;燒結(jié)時間為5?30min。
[0016]步驟3)所述的1152粉末可以購買或參照以下文獻的制備條件制備，優(yōu)選參照以下文獻制備:參考文獻:“ C.Wan, Y.Wang, N.Wang, W.Norimatsu，M.Kusunoki,K.Koumoto, Intercalat1n:building a natural superlattice forbetter thermoelectric performance in layered chalcogenides,J.Electron.Mater.40(2011) 1271-1280”，同時研磨至顆粒尺寸小于200 μπι。
[0017]有益效果:
[0018]1、本發(fā)明原料在地殼中含量豐富，價格低廉，環(huán)境友好，是碲化物和砸化物的理想替代材料。
[0019]2、本發(fā)明通過機械球磨的方法獲得的納米顆粒尺度從幾十到數(shù)百納米不等，配合在酒精中超聲和混合后再研磨的工藝手段可以使MoS2納米顆粒比較均勻的分散在TiS 2晶界的周圍，從而在較大的尺度范圍內(nèi)散射聲子，有效的降低材料的晶格熱導率。
[0020]3、本發(fā)明采用的SPS的燒結(jié)方法燒結(jié)溫度低，燒結(jié)時間短，樣品致密度高，節(jié)約能源的同時具有很尚的生廣效率。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1燒結(jié)所得樣片XRD衍射圖譜；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1燒結(jié)所得樣片斷面掃描電鏡圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例1燒結(jié)所得樣片與純TiS2樣片晶格熱導率相對于溫度的變化關(guān)系圖；
[0024]圖4為本發(fā)明實施例2燒結(jié)所得樣片XRD衍射圖譜；
[0025]圖5為本發(fā)明實施例2燒結(jié)所得樣片掃描投射電鏡圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實施例3燒結(jié)所得樣片XRD衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合【具體實施方式】和附圖作進一步的詳細說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明的目的，特征和優(yōu)勢。以下實施例所用的此^粉末純度大于等于99 % ;所述的1^2粉末參照以下文獻制備:參考文獻:"C.Wan, Y.Wang, N.Wang, ff.NorimatsujM.KusunokijK.Koumoto, Intercalat1n:building a natural superlatticefor better thermoelectric performance in layered chalcogenides,J.Electron.Mater.40(2011) 1271-1280”，同時研磨至顆粒尺寸小于200 μπι。
[0028]實施例1:一種復合3%摩爾比例MoS2納米顆粒的TiS2熱電材料的制備方法，包括下述步驟:
[0029]I)將MoS2粉末置于球磨罐中，以氬氣氣氛保護，機械球磨至平均顆粒粒徑為100納米；
[0030]2)將步驟I)所得納米1必2粉末稱取復合所需的量(假設復合樣品重2g/個，則復合3% mo I所需的MoS2質(zhì)量為0.0847g)置于酒精中超聲2h，超聲頻率80KHz ;
[0031]3)稱取預先制備好的TiS2粉末1.9153g和步驟2)超聲所得MoS 2溶液，一起置于瑪瑙研缽中研磨lh，然后置于60°C的烘箱中干燥Ih ;
[0032]4)將步驟3)干燥的粉末裝入石墨模具中在放電等離子燒結(jié)系統(tǒng)中真空燒結(jié)成致密的塊體，燒結(jié)條件為700°C，燒結(jié)時間lOmin，燒結(jié)壓力50Mpa。
[0033]圖1所示為本實施例燒結(jié)所得樣片拋光后的XRD衍射圖譜，由圖可知TiS2的峰位置與標準卡片對應一致，而由于TiS2是一種層狀化合物，在加壓燒結(jié)過程中會表現(xiàn)出取向生長的特性，所以測試樣片在(001)方向優(yōu)先生長；其中沒有MoS2的峰，可能是由于MoS2^量太少無法明顯找到。
[0034]圖2所示為本實施例燒結(jié)所得樣片的斷面掃描電鏡圖，圖中箭頭方向為燒結(jié)過程中的壓力方向，從圖中可以清晰的看出樣品垂直于壓