[发明专利]一种多坑洞低热导率氧化锌及其制备方法

说明书

本发明属于热电材料技术领域，公开了一种具有多坑洞形貌的低热导率氧化锌及其制备方法。本发明以四针状氧化锌晶须或微米级氧化锌粉末为原料，通过对氧化锌粉末进行高温高压烧结，使氧化锌晶粒在烧结致密化过程中物相保持不变，但微观形貌发生明显变化，晶粒表面产生大量分布均匀的坑洞，使纯氧化锌的热导率大幅降低，并有利于提升其稳定性能，为低热导率氧化锌的高效制备提供了一条新思路，适合推广应用。

技术领域

本发明属于电子材料领域，具体涉及一种多坑洞低热导率氧化锌及其制备方法。

背景技术

氧化锌具有抗氧化、耐高温、并且无污染、无毒性、制备工艺相对简单等特点，在中高温热电应用领域具有很大的应用前景，是一种极具潜力的热电材料。纯氧化锌的热导率非常高，常温条件下达到40-50W/mK^[1]，是传统碲化铋热电材料的40倍以上。因此降低氧化锌材料的热导率是改善其热电性能的关键。

目前，常用的降低氧化锌材料的热导率的方法为向氧化锌中掺杂其他元素来降低热导率，常见的元素有：Al、Ni、Ga、Ti、Sb、Co等，合成和制备过程通常需要相对较复杂的化学反应以及1000-1400摄氏度几十个小时的高温烧结来实现；涉及的制备工艺复杂、能耗高，不利于推广应用。因此进一步探索降低氧化锌热导率的新方法是目前研究的重点。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种简单、高效的降低氧化锌热导率的方法，通过将氧化锌原料进行高温高压烧结，使氧化锌晶粒表面微观形貌发生明显改变，从而显著降低氧化锌材料的热导率；该方法可操作性强，过程简单，且耗时短、能耗低；所得氧化锌在烧结过程中可产生大量分布均匀的坑洞，可显著降低氧化锌基材料的热导率，有利于进一步改善其热电性能和稳定性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多坑洞低热导率氧化锌，它包括紧密连接的ZnO晶粒，且ZnO晶粒表面分布坑洞。

上述方案中，所述ZnO晶粒的尺寸为5-40μm；坑洞尺寸为0.2-2μm。

上述一种多坑洞低热导率氧化锌的制备方法，包括如下步骤：

1)以四针状氧化锌晶须或微米氧化锌粉末为原料；用压片机对粉末原料进行压块，得氧化锌冷压块；

2)将所得氧化锌冷压块进行高温高压烧结，冷却即得所述多坑洞低热导率氧化锌。

上述方案中，所述微米氧化锌粉末的尺寸为0.5-2μm；所述四针状氧化锌晶须的中心体直径0.7-1.4μm，针状体根部直径0.5-14μm，针状体长度为3-200μm。

优选的，所述氧化锌粉末为四针状氧化锌晶须，在高温高压条件下，所得晶粒表面形成均匀分布的坑洞，最终得到的致密化氧化锌产品的导热率可实现整体降低。

上述方案中，所述冷压工艺采用的压力为150-250MPa，保压时间为4-5min。

上述方案中，所述高温高压烧结工艺中，采用的压力为1.5-2.5GPa，温度为500-900℃，保温保压时间为5-15min。

优选的，所述高温高压烧结工艺的烧结温度为700-800℃。

上述方案中，所述高温高压烧结工艺采用六面顶液压机。

根据上述方案制备的多坑洞低热导率氧化锌，在850K温度下其热导率可降低至5.05W/mK，并具有耐高温和性能稳定等优点，可有效拓宽氧化锌基材料的应用领域。

本发明的有益效果为：