[发明专利]一种p型Cu2Te-Ag2Te热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种p型Cusubgt;2/subgt;Te‑Agsubgt;2/subgt;Te热电材料，该热电材料的化学式为Agsubgt;X/subgt;Cusubgt;2‑X/subgt;Te，其中x＝0.1‑0.9。该Cusubgt;2/subgt;Te‑Agsubgt;2/subgt;Te热电材料属于p型热电材料，在Cusubgt;2/subgt;Te合金中掺杂Agsubgt;2/subgt;Te，降低热导率，增加塞贝克系数，在较低温度下，具有较高的热电性能，其无量纲热电优值zT在523K高达1.51，在523‑723K之间zT的均值为1.43。本发明还提供一种p型Cusubgt;2/subgt;Te‑Agsubgt;2/subgt;Te热电材料的制备方法，通过熔铸‑热处理来提高p型Cusubgt;2/subgt;Te‑Agsubgt;2/subgt;Te的热电性能，制备方法工艺简单，操作性强，可重复性高，具有很强的应用前景。

技术领域

本发明涉及新能源材料技术领域，更具体地涉及一种p型Cu₂Te-Ag₂Te热电材料及其制备方法。

背景技术

现代化经济体系给人们的生活带来极大的便利，这种经济效应所带来的便利得益于化石能源的广泛应用，随着人口密度的增长，化石燃料所引发的能源危机问题日益严峻，寻找替代煤炭、石油、天然气等化石能源成为一种迫切的需要，开发与使用可再生能源已经成为当下推动经济发展的创新型战略。热电材料作为一种新型的清洁能源材料，能够实现热能与电能之间的相互转换，同时还具有体积小，无噪声、寿命长、对环境不产生任何污染等优点。因而在航空航天探测，工业废热二次利用，解决金属氧化物半导体芯片热问题等方面，有着广阔的应用前景和发展空间。

热电材料的性能主要由无量纲热电优值zT来衡量，其表达式为zT＝σS²T/κ，其中：σ为电导率，S为塞贝克系数，T为绝对温度，κ是热导率。从上述表达式可知，选择具有高S、σ值和低的κ值材料从理论上能够获得好的热电性能。然而这三个参数是相互制约的，修改其中一个参数往往会导致其他参数的非协同变化，很大程度上限制了材料的热电性能的优化及其应用。所以，寻找有效提高zT值一直是热电领域的研究目标。

超离子导体具有液体声子输运和晶体载流子输运的特点，是备受关注的热电材料之一。Cu₂X(X＝S，Se，Te)是最早提出的一类超离子导体热电材料，其导热系数相对较低，zT值高，如Cu₂S(1.7-1.9)，Cu₂Se(1.5-2.3)，Cu₂Te(0.4-1.1)。然而Cu₂Te的zT值远低于Cu₂S和Cu₂Se。众所周知，Te的电负性较小，Cu-Te之间的化学键要比Cu₂S和Cu₂Se的离子少，理论上拥有更好的电运输性能，这与实际情况相悖。Te原子相对于S或者Se原子更重，晶格热导率也相对较低。综合电导与热导两个方面分析，在提升热电性能方面，Cu₂Te拥有一个良好的发展前景。造成Cu₂Te性能异常主要是由于Te元素极易挥发，若采用放电等离子烧结(SPS)制备样品的过程中，成分易发生偏移。如中国专利CN110690341A公开一种热电材料及其制备方法，具体组成为Cu_1-xAg_xGa_1-yIn_yTe₂的p型热电材料，在773K时zT达1.64，达到zT峰值所需温度过高，且由于运用SPS烧结方法，导致所制备合金成分易发生偏移，在523-673K的温度区间内zT最大值小于1.2，无法实现超离子导体在低温范围内的应用。

因此，有必要开发一种p型Cu₂Te-Ag₂Te热电材料及其制备方法以解决上述技术缺陷。

发明内容