[发明专利]一种提高Bi2

说明书

本发明涉及基热电材料技术领域，尤其涉及一种提高Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;基热电材料热电性能的方法。其步骤包括：用Te、Bi、Sb和Se单质粉体合成取向晶体；将取向晶体破碎成粉末，加入稀土元素Tb和金属元素Sn，粉碎得到Bisubgt;2/subgt;Tesubgt;3/subgt;基P型赝三元热电材料合金粉体；后将合金粉体烘干，进行高压烧结成型；切割材料，退火，冷却。本发明中稀土掺杂可有效增加材料的点缺陷、晶界和位错，有效降低晶格热导率，同时辅以Sn的掺杂，可有效调节晶体的能带结构，增加费米能级附近的态密度，从而提升材料的热电性能，将材料的热电优值从0.5提高到1.25；本发明使用高压烧结技术与SPS技术相结合，高压烧结技术具有烧结效率高、烧结时间短、纳米晶均匀、压力变化连续可调。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，尤其涉及一种提高Bi₂Te₃基热电材料热电性能的方法。

背景技术

目前广泛应用的传统能源利用率十分有限，导致三分之二以上的工业余热得不到有效利用而浪费。而热电材料，因为固定内部的载流子电声输运特性，可以有效利用流失的工业余热。同时制备的热电器件还具无噪音、无污染、质量轻、性能稳定、服役寿命长、体积小等优点，在民用、航空、医疗等领域均有广阔的应用前景。

目前，热电材料的种类繁多，除了传统热电材料如室温热电材料Bi₂Te₃、中温热电材料PbTe、高温热电材料SiGe以外，多种高性能新型热电材料如方钴矿、SnSe、Half-Heuser基化合物以及Mg₂Si_1-xSn_x均展示出了热电优势，得到了极大的开发。

然而，在众多的热电材料体系中，Bi₂Te₃基合金是室温附近性能最好的热电材料。其ZT值在室温附近为1左右，但随着温度升高，ZT值急剧降低，从而限制了Bi₂Te₃基合金在发电领域的应用。因此，进一步提高Bi₂Te₃基热电材料的热电性能，提高其应用价值、扩大其应用领域意义重大。除了通过新的制备技术来提高材料的热电性能外，掺杂也是提高材料热电性能的有效途径。稀土元素被认为是提高Bi₂Te₃基合金热电性能的重要掺杂元素，它可作为受主掺杂增加合金的载流子浓度，同时辅以Sn元素掺杂扩大材料带隙，使本征激发对材料热电性能的影响减弱。并结合高压烧结技术，可抑制晶粒长大，降低材料的晶格热导率，提高材料的机械性能，从而制备出可用于发电领域的高性能的P型Bi₂Te₃基热电材料。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，提出一种提高Bi₂Te₃基热电材料热电性能的方法。本发明中稀土掺杂可有效增加材料的点缺陷、晶界和位错，有效降低晶格热导率，同时辅以Sn的掺杂，可有效调节晶体的能带结构，增加费米能级附近的态密度，从而提升材料的热电性能。本发明使用高压烧结技术与SPS技术相结合，高压烧结技术具有烧结效率高、烧结时间短、纳米晶均匀、压力变化连续可调。将材料的热电优值从0.5提高到1.25。

本发明提出一种提高Bi₂Te₃基热电材料热电性能的方法，步骤包括；

S1、用Te、Bi、Sb和Se单质粉体，按P型(Sb₂Te₃)_0.73(Bi₂Te₃)_0.24(Sb₂Se₃)_0.03化学计量比配比，进行真空熔炼，将粉体合成取向晶体；