[发明专利]一种高温固相反应法制备FeSb2的方法

说明书

一种高温固相反应法制备FeSb₂的方法，其特征在于，按化学式FeSb₂的化学计量比取Fe粉和Sb粉，在球磨罐中真空球磨混料，之后取出粉压成型，采用烧结模具组装后，在真空气氛炉内固相反应烧结。本发明在773～923K的温度范围内，利用高温固相反应法考察了FeSb₂的制备规律。制备出的样品进行了XRD和SEM分析，并对样品的电阻率和Seebeck系数进行了测试分析，结果表明：在温度610℃保温3h的制备条件下，可以合成单相的多晶体化合物FeSb₂。制备出的样品内部存在不均匀的微米级孔洞。样品在测试温度为923.15K时获得最大的Seebeck系数36.34μV/k，并在此条件下获得最大功率因子185.89μW/(m·k²)。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，特别涉及一种高温固相反应法制备FeSb₂的方法。

背景技术

热电材料是一种半导体功能材料，能够实现热能和电能的直接转换。热电材料因其广泛的应用前景，成为功能材料领域的研究热点之一。热电材料的热电性能表征，一般由无量纲的热电优值ZT值(ZT＝S²σT/λ。式中的S、σ、λ和T分别为为Seebeck系数、电导率、热导率和绝对温度)来衡量热电材料的性能优劣。一般热电性质较高的热电材料，需要具有较高的Seebeck系数、较高的电导率和较低的热导率。

二元合金化合物FeSb₂在低温下是带隙比较窄的半导体，近年来在基础物理和潜在应用方面都引起了广泛的关注。有趣的行为之一是温度相关的磁特性，强各向异性电学性质和巨大的塞贝克效应。FeSb₂一般的制备方法有：熔炼—淬火—退火—放电等离子体烧结(SPS)、高温高压，球磨—热压，固相反应—SPS，溶剂热合等合成方法。传统的制备方法均存在制备、退火周期长，制备工艺较为复杂等特点。高温高压制备方法具有加快反应速率，有效地阻止相偏析等优点，但是需要专门产生高压条件的设备。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种高温固相反应法制备FeSb₂的方法，利用普通真空气氛炉和行星球磨机等简单的实验条件，基于球磨和高温固相反应法，实现FeSb₂的快速制备，为方钴矿型热电材料的制备提供了一种技术参考。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高温固相反应法制备FeSb₂的方法，按化学式FeSb₂的化学计量比取Fe 粉和Sb粉，在球磨罐中真空球磨混料，之后取出粉压成型，采用烧结模具组装后，在真空气氛炉内固相反应烧结。

采用的烧结模具由堵头、隔离材料和缸体组成，粉压成型的FeSb₂样品设于其中。

所述堵头采用纯铜或高锰钢材质；隔离材料采用氮化硼或氧化锆材质；缸体采用耐热钢或不锈钢材质。

所述粉压成型得到直径约a mm，高约h mm柱体样品；堵头直径和缸体样品内孔直径为(a+5)mm左右的标准螺纹孔，缸体的外径为样品直径a的1～6倍。

所述球磨罐为碳化钨材质的硬质合金球磨罐，球料比约为30:1，研磨介质为无水乙醇，转速约350r/min，混料时间1～4h。

所述烧结采用真空气氛炉，在真空或惰性气氛中固相反应烧结，烧结的温度范围773～923K，保温时间1～180min。