[发明专利]一种钙钛矿结构BaZrS3

说明书

本发明适用于热电材料领域，提供了一种钙钛矿结构BaZrS₃块体热电材料及其制备方法，制备BaZrS₃块体热电材料的原材料包括BaCO₃、ZrO₂和CS₂。本发明能够实现BaZrS₃块材的快速批量化制备，提高合成效率，所制备的BaZrS₃材料致密度高且密度接近理论密度，热电性能良好，在室温至300℃的温区内热电性能稳定，为后续热电性能的进一步优化提供了良好基础。本发明拓宽了现有热电材料体系的种类，为实现热电能量转换提供了新途径。

技术领域

本发明属于热电材料领域，尤其涉及一种钙钛矿结构BaZrS₃块体热电材料及其制备方法。

背景技术

当前全球范围内的能源短缺和环境污染问题日益突出，能源安全成为国家安全的重要基础，发展新能源和环保型能源转换技术成为各国高度重视的研究课题。热电材料可以直接实现热能和电能之间的相互转化，可应用于热能发电和固态制冷，具有无磨损、无振动、无噪声、无泄漏、免维护的优点，在能源、国防、航空航天、电子信息领域具有重要应用。从热电材料的研究现状上，传统热电材料Bi₂Te₃、PbTe、GeTe、SiGe合金等具有较高的热电性能，但上述体系含有价格高昂、有毒、储量稀少的元素，如Te、Pb、Ge等，严重限制了应用规模。因此，亟需开发廉价、环保、储量丰富的新型热电材料。从热电材料的制备方法上，目前热电材料的制备方法主要是采用长时间水热/溶剂热/球磨等方法制备出粉体，然后再进行热压烧结，或长时间高温真空熔融-退火，然后进行粉碎再烧结成块。上述方法的实验步骤繁琐，制备过程耗时耗能。此外，水热/溶剂热法通常需要使用一些有毒试剂，而真空熔融时高温下一些低熔点元素易挥发导致化学成分不易精准控制。因此，亟需发展简便、快捷、环保型材料制备技术。

硫化物钙钛矿材料具有独特的化学和物理特性，比卤化物钙钛矿具有更好的稳定性且环境友好。目前，关于硫化物钙钛矿热电材料的研究极少，仅有少量理论计算，尚没有相关实验报道。因此，开发一种环境友好、高稳定性、具有高热电性能潜力的硫化物钙钛矿材料及其制备方法，在热电材料研究领域具有原始创新性。

BaZrS₃是一种具有高化学稳定性的钙钛矿材料，在光电器件方面具有重要应用，可解决当前钙钛矿薄膜稳定性差、有毒、禁带宽度不适等问题。目前，BaZrS₃材料研究以光电薄膜为主，尚无块体材料热电性能的研究报道。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种钙钛矿结构BaZrS₃块体热电材料及其制备方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钙钛矿结构BaZrS₃块体热电材料，制备BaZrS₃块体热电材料的原材料包括BaCO₃、ZrO₂和CS₂。

一种钙钛矿结构BaZrS₃块体热电材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：对BaCO₃粉末和ZrO₂粉末进行均匀混合，将粉末混合物放置于高温反应炉中，将反应炉抽真空，使本底真空度0.1Pa；

步骤S2：在真空条件下通入CS₂蒸汽进行升温硫化反应；

步骤S3：将高温反应炉升温至1000℃，调节高温反应炉内的气压为30Pa，保温1h，然后冷却至室温，通过本步骤硫化反应后得到BaZrS₃粉末；