[发明专利]一种第二相掺杂的TiNiSn基Half-Heusler热电材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种第二相掺杂的TiNiSn基Half‑Heusler热电材料及其制备方法。所述热电材料的加工方法，包括以下步骤：配置TiNiSn和TiNi₂Sn原料；熔炼TiNiSn和TiNi₂Sn原料：将TiNiSn和TiNi₂Sn铸锭研磨后干燥；按照目标成分TiNi_1.01‑1.20Sn将干燥后的不同平均晶粒尺寸的TiNi₂Sn第二相和TiNiSn基体进行配制；干燥处理；采用放电等离子体烧结技术对制备的粉体进行烧结，得到具有第二相掺杂的TiNiSn基Half‑Heusler热电材料。具有流程短、步骤少、易控制的优点，有效的解决传统方法制备第二相原位生长的形貌大小以及分布不能有效的控制的难题。

技术领域

本发明涉及材料技术，尤其涉及一种第二相掺杂的TiNiSn基Half-Heusler热电材料及其制备方法。

背景技术

随着可再生能源及能源转换技术的快速发展，热电材料在发电及制冷领域的应用前景受到越来越广泛的关注。热电材料可以实现热能和电能直接相互转化，能把太阳能、地热、机动车和工业废热直接转化为电能，反之根据其逆效应也能作为热泵实现制冷。热电器件具有全固态、重量轻、结构紧凑、响应快和无运动部件等优点。近年来，具有半导体特征或塞贝克效应的Half-Heusler(半哈斯勒)合金在温差发电领域表现出很好的应用前景，可作为一种典型的中高温热电材料。

热电材料的性能主要取决于其热电优值ZT，ZT值越大，其热电转换效率越高。热电优值定义为ZT＝α²σT/κ，其中，α为塞贝克(Seebeck)系数，σ为电导率，α²σ也可定义为功率因子PF，T为绝对温度，κ为总的热导率，包括晶格(声子)热导率κ_l和电子热导率κ_e(κ＝κ_l+κ_e)。然而，由于这些热电参数(Seebeck系数α、电导率σ和电子热导率κ_e)对载流子浓度n具有较强的依赖性，彼此相互耦合，即通过调节载流子浓度n获得高的电导率σ往往会导致低的Seebeck系数α和高的电子热导率κ_e。因此，如何有效提高ZT值一直是困扰学术界的难题。

Half-Heusler化合物由于具有良好的高温化学和热稳定性、优异的机械性能以及较高的高温热电优值，因此被认为是具有大规模商业化生产和应用的潜在热电材料。Half-Heusler合金的电导率较好，因此研究者们主要将方向集中于如何降低热导率来提高Half-Heusler合金的ZT值。先前的研究者们主要将精力集中于点缺陷方面的研究，即通过掺杂来置换部分晶胞中的原子，以达到质量场和应力场的畸变来有效的散射高频声子。部分学者通过引入Heusler第二相来散射中频声子或者高频声子来降低热导，先前的研究都是在TiNiSn基体中原位生成TiNi₂Sn第二相。然而原位生成的第二相的形貌和尺寸以及分布不能够有效的调控。长期以来第二相的调控一直以来是一个难题。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前热电材料不能有效调控第二相的问题，提出一种第二相掺杂的TiNiSn基Half-Heusler热电材料的制备方法，该方法具有流程短、步骤少、易控制的优点，能有效的解决传统方法制备第二相原位生长的形貌大小以及分布不能有效的控制的难题。