[发明专利]一种ZrNiSn基Half-Heusler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，具体涉及一种ZrNiSn基Half‑Heusler热电材料及其制备方法。本发明提供的制备方法包括以下步骤：按化学式称量配比物料，混合后置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，氩气压力氛围为10⁴～10⁵Pa，1600～1800℃范围内保温1～5min，粗磨成粒径0.1～1mm的粉体，氩气氛围下湿法球磨，球磨介质为无水乙醇，球料比为10:1～20:1，转速为200～600r/min，球磨5～20h，自然干燥，采用放电等离子体烧结对粉体烧结，温度为900～1000℃，压力为80～100MPa，保温时间为5～20min。本发明提供的制备方法步骤简单，得到的热电材料硬度高。

本申请是申请日为2019年09月11日、申请号为201910859315.4、发明名称为《一种具有高硬度的ZrNiSn基Half-Heusler热电材料及其制备方法》的分案申请。

技术领域

本发明属于热电材料技术领域，具体涉及一种ZrNiSn基Half-Heusler热电材料及其制备方法。

背景技术

随着环境污染的日益加剧和能源危机的不断增加，提高能源的利用效率成为解决环境和能源问题的有效途径之一。热电材料正是一类利用Seebeck效应和Peltier效应实现热能与电能之间相互转换的功能材料，有望广泛应用于废热余热回收发电以及制冷领域，从而提高能源利用效率。近年来，具有半导体特征或塞贝克效应的Half-Heusler(半哈斯勒)合金在温差发电领域表现出很好的应用前景，可作为一种典型的中高温热电材料。

热电材料的性能主要取决于其热电优值ZT，ZT值越大，其热电转换效率越高。热电优值定义为ZT＝α²σT/κ，其中，α为塞贝克(Seebeck)系数，σ为电导率，α²σ也可定义为功率因子PF，T为绝对温度，κ为总的热导率，包括晶格(声子)热导率κ_l和电子热导率κ_e(κ＝κ_l+κ_e)。然而，由于这些热电参数(Seebeck系数α、电导率σ和电子热导率κ_e)对载流子浓度n具有较强的依赖性，彼此相互耦合，即通过调节载流子浓度n获得高的电导率σ往往会导致低的Seebeck系数α和高的电子热导率κ_e。因此，如何有效提高ZT值一直是困扰学术界的难题。

Half-Heusler化合物由于具有良好的高温化学和热稳定性、优异的机械性能以及较高的高温热电优值，因此被认为是具有大规模商业化生产和应用的潜在热电材料。目前普遍认为Zr_0.7Hf_0.3NiSn_0.99Sb_0.01是目前热电性能最优异的N型Half-Heusler化合物。通常Zr位被部分Hf取代来降低晶格热导率，Sn位被少量Sb取代来优化载流子浓度。然而，Sb的引入会引起总热导率的升高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZrNiSn基Half-Heusler热电材料及其制备方法，本发明提供的Zr_0.96Ta_0.04NiSn具有高硬度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明公开了一种具有高硬度的ZrNiSn基Half-Heusler热电材料，化学式为Zr_1-xTa_xNiSn，其中0x≤0.06。

优选的，所述ZrNiSn基Half-Heusler热电材料的化学式为Zr_0.96Ta_0.04NiSn。

本发明还公开了上述方案所述高硬度的ZrNiSn基Half-Heusler热电材料的制备方法，包括以下步骤：