[发明专利]一种Cu-S基复合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Cu‑S基复合热电材料，为包括主相、伴生相和增强相的多孔复合材料，主相为Cu_1.96S，伴生相为Cu₉S₅和Cu₂S，增强相为CuO和碳纳米管。其制备方法，包括以下步骤，首先将单质Cu粉体和单质S粉体利用球磨机进行球磨，得到Cu₉S₅粉体；再利用硝酸铜和碳纳米管制备出氧化铜复合碳纳米管粉体；最后将制备的Cu₉S₅粉体和氧化铜复合碳纳米管粉体进行烧结，得到Cu‑S基复合热电材料。本发明解决了现有的热电材料载流子浓度高，而载流子热导率较大，导致材料总热导率较大，使得材料的热电性能不佳的问题。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种Cu-S基复合热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料又称温差电材料，是一种能够直接实现热能和电能的相互转化、清洁、无污染的材料，能利用固体内部载流子和声子的输运及其相互作用，有效地将热能转换为电能。目前存在能源的利用率低的问题，大部分的能源都以废热的形式释放到环境中，而热电材料能够将这些废热回收转换成电能，所以热电材料能提高能源利用率。在环境和能源问题越来越受到重视的形势下，热电材料受到人们广泛关注。

热电材料转换效率的优劣是通过无量纲性能优值ZT来表征的，ZT值可表示为：ZT＝σS²T/κ，其中S是Seebeck系数，σ是电导率，T是绝对温度，κ是热导率。理想的热电材料需要有较高的Seebeck系数来保证电压输出，需要高的电导率来降低焦耳热的耗散，并且需要低的热导率来维持材料两端的温度差。

热电材料Cu₉S₅凭借着原料丰富、成本低、低毒性等优点得到了越来越多的关注，因此具有很大的应用前景。Cu₉S₅是P型半导体材料，具有优异的电性能，但是它的载流子热导率较大，因此使得Cu₉S₅材料的总热导率较大，限制了提升热电性能。因此降低Cu₉S₅的载流子浓度，能够降低Cu₉S₅材料的热导率，因此能够有效的提升ZT值，发明人通过大量的研究得出了一种能够提高Cu₉S₅材料热电性能的Cu-S基复合热电材料，并提供了其制备方法。

发明内容

本发明意在提供一种Cu-S基复合热电材料及其制备方法，以解决现有的热电材料载流子浓度高，而载流子热导率较大，导致材料总热导率较大，使得材料的热电性能不佳的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下基础方案，一种Cu-S基复合热电材料，为包括主相、伴生相和增强相的多孔复合材料，主相为Cu_1.96S，伴生相为Cu₉S₅和Cu₂S，增强相为CuO和碳纳米管。

本技术方案的有益效果：

1、本技术方案提供了一种新的Cu-S基复合热电材料，克服了现有热电材料中载流子浓度高的问题，因而使得材料的载流子热导率降低，使得ZT值，进而具有良好的热电性能；

2、本技术方案提供的Cu-S基复合热电材料，其增强相中的碳纳米管具有空穴陷阱的作用，能够抑制铜硫材料过高的空穴浓度；增强相中的CuO不仅能调控载流子浓度，降低热导率，优化热电性能，而且其中的O^2-还能抑制Cu²⁺的长程迁移，提高Cu-S基复合热电材料的稳定性。

本发明还提供了另一基础方案，一种Cu-S基复合热电材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)Cu₉S₅粉体制备：