[发明专利]一种Ag-Pb-Sb-Te-Se热电材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于热电材料制备技术领域，具体涉及一种Ag-Pb-Sb-Te-Se热电材料的制备方法。

背景技术

热电材料是一种能够实现热能和电能直接转换的功能材料，利用它可做成温差发电机或热电制冷设备，这些热电器件没有任何机械运动部件，也无需流动的物质作为能量转换介质，因此具有重量轻、体积小、便携、性能可靠、无污染、无噪音、使用寿命长等优点。目前，热电材料已广泛用于制冷、空间航天器电源、移动式电源等领域。近年来，随着能源短缺及环境污染的日益突出，热电材料这种绿色能源转换材料受到各国科学家的广泛关注。

热电材料的性能由其品质因子ZT定义为：ZT=TσS²/κ，其中T为绝对温度，S 为材料的Seebeck系数，σ为材料的电导率，κ为材料的热导率，σS²又被称为功率因子。好的热电材料需要具有较高的功率因子及较小的热导率。一般可以通过掺杂或高压手段调制材料的载流子浓度进而优化功率因子；热导率的降低主要依赖于材料的合金化或微观结构的纳米化。

2004年Hus等(Kuei Fang Hsu et al, Cubic AgPb_mSbTe_2+m: Bulk Thermoelectric Materials with High Figure of Merit, Science 303 (2004) 818-821)首次报道了AgPb₁₈SbTe₂₀体系热电材料，其中Ag少量偏析的Ag_1-xPb₁₈SbTe₂₀的热电性能最高，被认为是目前热电性能最高的块体材料,但其制备工艺比较特殊，详细工艺不明。目前很多研究机构对AgPb₁₈SbTe₂₀体系材料进行了研究，制备方法包括熔炼法和水热合成法等，这些方法一般需要首先合成前驱物，而后二次热压或等离子烧结成热电器件用块体材料。这些方法均存在制备工艺复杂，合成周期都长，耗能高，制备样品功率因子低等缺点。例如日本学者Kosuga 等（Atsuko Kosuga et al, Electrical properties of Ag_1?xPb₁₈SbTe₂₀ (x = 0, 0.1, 0.3), Journal of Alloys and Compounds 386 (2005) 315–318)制备的Ag_1-xPb₁₈SbTe₂₀需要将Ag、Pb、Sb及Te四种元素在850℃高温下熔炼12小时，而后在450℃温度和80MPa压力条件下热压2小时，而得到样品的最高功率因子仅为4.22 μWcm^-1K^-2。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ag-Pb-Sb-Te-Se热电材料的制备方法，可以有效解决现有技术中的问题，具有周期短，工艺简单的优点，同时制备出的产品具有较高的功率因子和较小的热导率。

本发明采用以下技术方案：

一种Ag-Pb-Sb-Te-Se热电材料的制备方法，其中，包括如下步骤：

第一步，按Ag_0.8Pb₁₈SbTe_20-xSe_x化学计量比称取Ag粉、Pb粉、Sb粉、Te粉及Se粉后放入氩气保护下的真空手套箱中混合均匀，其中x=0~15；

第二步，将上述混合料在压力为4GPa，温度为930~1020℃的条件下烧结20分钟；

第三步，停止加热，卸压即得到Ag_0.8Pb₁₈SbTe_20-xSe_x合金。

进一步，所述第二步中，将混合料压制成型后加入叶蜡石合成腔体内，在六面顶合成腔中加压、加热至压力为4GPa，温度为930~1020℃后烧结20分钟。

进一步，所述的Ag粉纯度≥99.9%，Pb 粉的纯度≥99.9%，Sb粉的纯度≥99.999%，Te粉的纯度≥99.999%，及Se粉的纯度≥99.95%。

进一步，所述原料在氩气保护下的真空手套箱中混合1小时。

进一步，所述第三步中，切断加热电流停止加热，冷却2分钟后缓慢卸压。