[发明专利]n-型In6Se7基热电半导体的制备工艺

说明书

本发明涉及一种n‑型In₆Se₇基热电半导体的制备工艺，其设计要点是在In₆Se₇合金中采用S元素等摩尔替换Se元素，构成三元热电半导体，化学式为In₆S_0.5Se_6.5；其制备工艺为：根据化学式称量相应量的In、S、Se三种元素，在1050～1150℃下真空熔炼48小时。熔炼后的铸锭粉碎球磨，球磨后的粉末经放电等离子火花烧结成形，最高烧结温度为550℃，烧结压力60Mpa，保温时间40分钟，制备得到In₆S_0.5Se_6.5热电半导体。该热电半导体在850K时，Seebeck系数α＝‑220.11(μV/K)，电导率σ＝9.91×10³Ω^‑1.m^‑1，热导率κ＝0.48(W.K^‑1.m^‑1)，最大热电优值ZT＝0.85。材料优点：无污染，无噪音，可应用于中高温发电元器件制作，具有运行可靠，寿命长，制备工艺简单等优点。

技术领域

本发明涉及新材料领域，适用于热能与电能直接转换的中高温发电的关键元器件用材，是一种n-型In₆Se₇基热电半导体的制备工艺。

背景技术

热电半导体材料是一种通过载流子，包括电子或空穴的运动实现电能和热能直接相互转换的新型半导体功能材料。由热电材料制作的发电和制冷装置具有体积小、无污染、无噪音、无磨损、可靠性好、寿命长等优点。在民用领域中，潜在的应用范围：家用冰箱、冷柜、超导电子器件冷却及余热发电、废热利用供电以及边远地区小型供电装置等。

热电材料的综合性能由无量纲热电优值ZT描述，ZT＝Tσα²/κ，其中α是Seebeck系数、σ是电导率、κ是热导率、T是绝对温度。因此，热电材料的性能与温度有密切的关系，材料的最高热电优值(ZT)只在某一个温度值下才取得最大值。目前，已被小范围应用的发电用热电发电材料主要是50年代开发的Pb-Te基、金属硅化物等系列合金。这两者的最大热电优值在1.5左右，但Pb对环境污染较大，对人体也有伤害。另一缺点是这些材料的最佳使用温度一般在500℃以下，因此使用温度限制较大。在本征情况下In₆Se₇热电半导体的热电性能并不高，难以制作发电用热电器件。其主要原因是这类材料内部的载流子浓度不高，材料电导率太低。但这类半导体材料的优点是使用温度较高，且具有很高的Seebeck系数。虽然本征情况下电导率较低，但合适的元素杂质可以改变其载流子浓度，从而大幅度改善其电导率。

发明内容

为克服本征In₆S₇e热电半导体的不足，本发明旨在向本领域提供一种性能较高的n-型 In₆Se₇基热电半导体的制备工艺，使其解决现有同类材料热电性能欠佳及使用温度较低的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。