[发明专利]一种利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料及其制备方法

说明书

本发明属于热电材料技术领域，公开了一种利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料及其制备方法。一种利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料，包括Bi₂A₃和掺杂有CuCl₂的Bi₂A₃，掺杂有CuCl₂的Bi₂A₃晶界处包裹有金属Bi，A为S、Se或Te。一种利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料的制备方法，包括对制备Bi₂A₃粉体和掺杂有CuCl₂的Bi₂A₃粉体，并对掺杂有CuCl₂的Bi₂A₃粉体进行水热还原，使其表面形成一层金属Bi，再混合Bi₂A₃粉体和掺杂有CuCl₂的Bi₂A₃的混合，形成利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料。本发明解决了现有的调制掺杂的硫属铋基材料的热电性能不好的问题。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料，是一种能将热能和电能相互转换的功能材料，能够捕捉空气中的废热进而直接转化成电能的材料。而热电材料的热电性能是由无量纲热电优值ZT来表征，ZT＝σS²T/κ，这其中σ、κ、S和T分别表示电导率、热导率、塞贝克系数和绝对温度，T值取热端与冷端温度的平均值。ZT值越高就表明该材料的热电性能越好，而高的ZT值需要材料中同时存在大的塞贝克系数、大的电导率和低的热导率。但是由于电子与声子之间强的耦合作用，很难单独提高某一个参数来提高它的热电性能。目前也有很多用来调控材料热电参数的方法，如纳米化、能量过滤效应、复合物、调制掺杂和能带工程等。半导体材料由于优异的化学与物理性能在热电领域占有一席之地。目前已经广泛应用的材料一般都是Sb₂Te₃基和PbTe基热电材料，前者是室温热电材料，使用温度在25～150℃，后者应用于中温区，使用温度在300～650℃。然而这两种材料均具有非常明显的缺陷，即Sb₂Te₃基热电材料中，Sb元素在地壳中的含量稀少、价格昂贵，而后者PbTe基热电材料中，Pb元素有剧毒，环境不友好，所以势必需要寻找一种成本低且无毒的热电材料。

在经过大量的研究后发现硫属铋基热电材料能够作为热电材料使用，并且硫属材料在地壳中干含量丰富、无毒、具有极低的热导率，这是作为高性能热电材料所需要的。但是硫属铋基材料由于固有的高电阻率，其导电性能差，在应用上非常的受限。而众所周知，利用调制掺杂的方法是可以提高材料的热电性能的，因此就出现了调制掺杂后的硫属铋基热电材料，通过调制掺杂能够提高电导率，从而提高热电性能。但是调制掺杂的硫属铋基材料中的掺杂元素会进行扩散，使得掺杂元素从掺杂区域扩散到未掺杂区域，便导致了迁移率的降低，导电性能降低，从而导致其热电性能降低。而申请人通过大量的研究发现了一种利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料，并提供了其制备方法。

发明内容

本发明意在提供一种利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料及其制备方法，以解决现有的调制掺杂的硫属铋基材料的热电性能不好的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种利用阻隔层提升掺杂效果的铋基热电材料，包括Bi₂A₃和掺杂有CuCl₂的Bi₂A₃，掺杂有CuCl₂的Bi₂A₃晶界处包裹有金属Bi，A为S、Se或Te。

本技术方案的有益效果：