[发明专利]一种Bi2

说明书

本发明提供了热电材料及其制备方法以及热电器件。其中，所述热电材料具有以下化学组成：Bi_2‑xSb_xO₂Se，其中，0＜x≤0.15。发明人发现，具有上述化学组成的热电材料具有较高的电导率，热电优值(ZT值)较高，热电性能较佳，工作效率较高，在高温下化学稳定性较好，且在使用过程中不容易被氧化损坏，使用性能较佳，对环境友好，成本低。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体的，涉及热电材料及其制备方法以及热电器件。

背景技术

随着化石燃料煤、石油和天然气逐渐枯竭，开发新型清洁能源以及改进现有能源技术迫在眉睫。人类工业活动中大约60％以上的能量以废热形式耗散，能够回收利用废热的新型能源技术受到了广泛的重视。固体热电(thermoelectric)材料由于其能够利用材料内部微观载流子输运来实现热能与电能之间直接相互转换而越来越受到关注。由热电材料制成的热电器件具有体积小、结构简单、无噪声、无移动部件、无污染、长寿命、稳定性高、易于维护等优点。热电器件在功率发电和固态制冷两个方向都有重要的应用价值。目前与热电材料及器件相关的研究投入和成果产出在逐年递增，但是与传统热机30％－40％的发电效率相比，热电器件的转换效率仍然较为低下，一般在6％－10％之间。提高热电器件的转换效率的主要途径是提高热电材料的热电优值，这是热电领域研究者一直以来的研究目标。

因而，目前的热电材料仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有较高的热电优值、高温稳定性较强或者热电性能较佳的热电材料。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种热电材料。根据本发明的实施例，所述热电材料具有以下化学组成：Bi_2-xSb_xO₂Se，其中，0＜x≤0.15。发明人发现，具有上述化学组成的热电材料具有较高的电导率，热电优值(ZT值)较高，热电性能较佳，工作效率较高，在高温下化学稳定性较好，且在使用过程中不容易被氧化损坏，使用性能较佳，对环境友好，成本低。

根据本发明的实施例，0.025≤x≤0.15。由此，x在上述范围内的热电材料具有较高电导率和较佳的热电性能。

根据本发明的实施例，x为0.025、0.05、0.075、0.1或0.15。由此，热电材料的热电性能较佳，稳定性较好，使用性能较佳。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种热电器件。根据本发明的实施例，所述热电器件的至少一部分是由前面所述的热电材料形成的。发明人发现，该热电器件的热电转换效率较高，稳定性较强，使用性能佳，且结构简单易于实现，寿命较长，稳定性高，易于维护。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的热电材料的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：1)称取Bi₂O₃、Bi、Se以及Sb的粉末进行球磨混合，得到第一粉末；2)将所述第一粉末进行冷压以便形成块体；3)将所述块体依次进行真空封管、煅烧、破碎处理，以便得到第二粉末；4)将所述第二粉末在600℃～650℃下进行放电等离子体烧结，得到所述热电材料。发明人发现，该方法工艺简单，易于实现，且在烧结过程中温度较均匀，升温速度较快，烧结时间较短，耗能较少；采用该方法在600℃～650℃下进行放电等离子体烧结获得的热电材料致密度较高，热电转换效率较高，热电性能较佳，使用性能佳。

根据本发明的实施例，所述球磨的转速为300～400r/min，时间为3-5h。由此，操作简单方便，易于实现，并且能够获得混合的比较均匀的粉末。

根据本发明的实施例，所述煅烧的温度为475℃～525℃，时间为10h～15h。由此，操作简单方便，在该条件下Bi₂O₃、Bi、Se以及Sb能够有效发生反应，并有效完成物相的成相。