[发明专利]三元稀土铜碲晶体材料用作热电材料的用途

说明书

本发明涉及三元稀土铜碲晶体材料用作热电材料的用途。该晶体材料分子通式为RECuTe₂且空间群为RE为Tb或Dy。该晶体材料为纯相结构，具有较高的稳定性。采用该晶体材料热压制备的热电材料性能优异，在750K时热导率为0.44–0.49W/m·K，电导可达93–120S/cm，塞贝克系数可达226–248μV/K，ZT值为0.95–1.0，可与目前被广泛研究甚至商业化的中温热电材料相媲美。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，具体而言，涉及三元稀土铜碲晶体材料的制备方法及用作热电材料的用途。

背景技术

热电材料是指一类特殊的半导体材料，可以通过内部载流子(电子或空穴)运动实现热能与电能之间的相互转换，这一独特的物理性能使它们在军事和航天领域具有非常重要的应用。近年来随着全球环境污染和能源危机日趋严重，绿色环保型的热电材料的研究获得了广泛的关注与重视。利用热电材料将废热转化为可利用的电能，能够大幅度的提升能源使用效率，同时在节能减排方面也可以发挥关键性作用。

热电材料的热电转换效率主要是由热电材料的性能所决定的，可用热电优值ZT来表征，其计算公式为ZT＝(S²σ)T/κ，ZT越大，热电材料的性能越好。式中S是材料的塞贝克系数，σ是电导率，T是绝对温度，κ是总的热导率。S²σ又被称为功率因子(简写为PF)，用于表征热电材料的电学性能。

2012年，Gulay,L.D.等人(J.Solid State Chem.2012,186,142–148)报道了空间群为的晶体材料RECuTe₂(RE＝Tb,Dy)的合成方法，整个反应过程长达36天，且并无任何物理性能的报道。

发明内容

本发明的目的旨在提供一类晶体材料的制备方法和用作热电材料的用途。

本发明的又一目的是提供一类含有晶体材料的热电材料及其制备方法。本发明的热电材料性能优异，其热电优化值ZT(750K)最高可达1.0，并且具有较高的稳定性。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种晶体用作热电材料的用途，所述晶体的空间群为且分子式为RECuTe₂，其中RE为Tb或Dy。

根据本发明，RECuTe₂晶体材料的骨架结构由Cu与Te形成，具有二维类蜂窝状层状结构，RE填充于二维层状中。

本发明可获得纯相的晶体材料，且该晶体材料具有较高的热稳定性，能够稳定到1300K以上，同时在630K左右存在一级的结构相变。

本发明还提供了上述任一类晶体材料的制备方法，包括：将含有稀土元素、铜元素和碲元素的原料，置于真空条件下，通过高温固相法制备得到所述晶体材料。

优选地，所述原料中稀土元素、铜元素和碲元素的摩尔比为RE:Cu:Te＝1:1:2混合后置于真空条件下加热并恒温。

根据本发明，将含有稀土元素、铜元素和碲元素的原料混合后置于镀碳膜的石英坩埚中，然后将镀碳膜的石英坩埚置于石英反应管中，真空抽至10^-2Pa并用氢氧火焰烧熔密封石英反应管，将石英反应管放入带有温控仪的管式炉中加热反应。

上述制备方法中采用的原料可以是化合物，但并不局限于此，只要含有稀土元素、铜元素和碲元素即可。优选稀土元素来自稀土单质，铜元素来自铜单质，碲元素来自碲单质。

根据本发明，高温固相法是在高温下长时间保持。优选将原料混合物置于真空条件下加热至800～1300℃。进一步优选可以加热至900～1100℃，更优选950～1050℃。所述保持时间大于等于50小时，优选大于等于70小时。例如优选为100～150小时。