[发明专利]一种N型镉氧化物热电材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源热电功能材料制备技术领域，涉及一种N型镉氧化物热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料是一种可以实现热能和电能之间直接相互转换的特殊功能材料。由其制成的热电发电及制冷器件具有体积小、无噪声、无污染、可靠性高、无机械传动部件等优点，有着极其广泛的应用前景。随着世界经济的高速发展，环境和能源问题日益突出，热电材料作为一种环保型绿色能源材料越来越受到各国政府和科研人员的重视。

热电材料的性能常采用无量纲热电优值ZT来衡量，其定义式为ZT＝(S²σ/k)T。其中S是材料的塞贝克系数，σ是材料的电导率，k是材料的热导率(主要包括载流子热导率κ_c和晶格热导率κ_ph)，T是绝对温度。可见，优良的热电材料应具有较大的S和σ，同时具有较小的κ。长期以来，热电材料的研究主要集中在由重金属元素组成的化合物半导体和合金材料上，如商用的传统热电材料Bi₂Te₃、BiSb及PbTe，具有声子玻璃-电子晶体结构的填充方钴矿、笼式化合物材料，Half-Heusler合金，β-Zn₄Sb₃合金等。但上述这些材料抗氧化能力弱、高温热稳定性和化学稳定性差且多含有毒和稀有元素，极大地限制了热电材料的实际应用与推广。氧化物热电材料可以克服上述缺点，因此近年来受到了极大地关注。迄今发现的热电性能较好的氧化物热电材料主要是以P型材料为主，如层状钴氧化合物，铋铜硒氧基热电材料等。相比于P型氧化物热电材料，目前常用的n型氧化物热电材料如掺杂钛酸锶、镧锰氧、氧化锌的热电优值ZT普遍偏低。在 热电材料实际使用中，需要用大量的p型和n型热电材料共同组成热电发电模块，故要求P型和n型材料同时具有较好的热电性能。因此，寻找新的n型氧化物热电材料对于氧化物热电材料的实际应用至关重要。

发明内容

本发明为了寻求具有很好热电性能的热电材料，设计了一种N型镉氧化物热电材料及其制备方法，利用本制备方法，通过引入A＝(Mg、Ca、Zn、Ba、Pr……)，所得的Cd_1-xA_xO热电陶瓷材料具有较好的高温热电性能，是一类具有应用前景的n型氧化物热电陶瓷材料。

本发明的技术方案是：一种N型镉氧化物热电材料，关键在于：该N型镉氧化物热电材料的化学分子式为Cd_1-xA_xO或CdO，其中A代表Mg、Ca、Zn、Ba、Pr，0≤x≤0.15。

所述的N型镉氧化物热电材料的制备方法，所述制备方法中包括如下步骤：

1)、取氧化镉CdO或以CdO和元素A的氧化物或单质按原子摩尔计量比称量、在玛瑙罐中混合均匀后得到所需物料；

2)、将所述物料进行球磨，得到前驱体粉末；

3)、将所述的前驱体粉末进行干燥，压制成圆片；

4)、将所述圆片经传统固相反应烧结技术进行烧结，即得到N型镉氧化物热电材料。

所述的球磨采用的是以玛瑙球作为研磨介质的玛瑙球磨机，球磨转速为100r/min～300r/min，时间为8h～20h。

所述的玛瑙球大小不等，粒径分别为9mm、8.2mm和6.6mm。

所述步骤2)中的玛瑙球磨机的球磨罐中一次性加入10mL～15mL的酒 精。

所述的干燥分两次进行，第一次干燥温度为70-80℃，时间为1h-3h，第二次干燥温度为100℃～120℃，时间为1h-3h。

所述的压制是在6MPa-10MPa的压力下将干燥后的前驱体粉末压制成直径为10mm～15mm圆片。

所述的传统固相反应烧结技术的烧结温度为800～900℃，烧结时间为15h～25h，升温速率为5℃/min～15℃/min，降温速率为1℃/min～2℃/min直至降温到200℃～300℃，之后自然降温。