[发明专利]一种提高硫化铋基热电材料性能的方法

说明书

本发明涉及热电材料技术领域，具体公开了一种提高硫化铋基热电材料性能的方法，包括步骤：取硫脲和硝酸铋溶解于水中，加入硫代乙醇酸和溴化氢，搅拌后放入水热釜中进行水热反应，反应温度为140℃，得到黑色粉末；将黑色粉末分别采用去离子水和酒精进行清洗，后进行烘干处理，得到Bi_0.33(Bi₆S₉)Br中间体粉末；取铋粉、硫粉和中间体粉末，放入立式炉中进行保温烧制，得到Br掺杂的硫化铋铸锭；将铸锭进行球磨得到粉体，后将粉体进行放电等离子烧结，得到Br掺杂硫化铋热电材料。本专利制备的Br掺杂硫化铋热电材料，其最大电导率达到了208Scm^‑1，相比于纯样的硫化铋样品，提升了两个数量级。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，特别涉及一种提高硫化铋基热电材料性能的方法。

背景技术

热电材料是一类能够捕获空气中的废热进而直接转换成电能的材料。未来的热电材料必须具备稳定，环境友好，便宜和低毒的特性。高性能的热电材料必须在拥有较高的功率因子的同时具有低的热导率。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，复合物和调制掺杂，能带工程等等。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(25-150℃)，后者应用于中温区(300-650℃)。然而这两种材料最大的缺点就是前者Sb元素在地壳中的含量稀少，价格昂贵，后者Pb元素有剧毒，环境不友好，所以寻找一种替代材料迫在眉睫。

最近几年硫属热电材料也获得了广泛的关注，由于硫，硒元素在地壳中含量丰富，价格低廉，无毒。然而以硫化铋，硒化铋为例，其由于固有的低电导率，使得在应用上受限。而微量元素掺杂是一种提升其电传输性能极有效的方式，比如申请号为201110218183.0的中国发明专利，公开了一种微量Cu掺杂Bi₂S₃基热电材料，将各种单质粉原料进行球磨后，再进行烧结形成，得到Cu取代S的掺杂材料，并通过实验得到该掺杂材料的最高电导率为74.6Scm^-1，而最低热导率为0.3Wm^-1K^-1，对Bi₂S₃热电材料的热电性能有较大提升。

但对于卤族元素溴而言，由于溴单质为具有强挥发性的液体，因此其不能采用上述球磨加烧结的方式进行掺杂，而申请号为201510288183.6的中国发明专利公开了一种Bi位掺杂N型Bi₂S₃热电材料的制备方法，该方法利用了水热反应的原理得到了Zr⁴⁺、Sn⁴⁺或Ce⁴⁺掺杂的硫化铋热电材料，但以这样的方式得到的材料，通过检测发现电导率并没有得到很大的提升，因此本申请提供了一种能够通过溴掺杂极大提升硫化铋材料热电性能的方法。

发明内容

本发明提供了一种能够通过溴掺杂极大提升硫化铋材料热电性能的方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种提高硫化铋基热电材料性能的方法，包括以下步骤：

步骤1：取硫脲和硝酸铋溶解于水中，加入硫代乙醇酸和溴化氢，搅拌后放入水热釜中进行水热反应，反应温度为140℃，得到黑色粉末；

步骤2：将步骤1制备的黑色粉末分别采用去离子水和酒精进行清洗，后进行烘干处理，得到Bi_0.33(Bi₆S₉)Br中间体粉末；

步骤3：取铋粉、硫粉和Bi_0.33(Bi₆S₉)Br中间体粉末，放入立式炉中进行保温烧制，得到Br掺杂的硫化铋铸锭；