[发明专利]一种N型半导体热电材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种N型半导体热电材料及其制备方法。一种N型半导体热电材料制备方法，包括如下步骤：将Bi₂Te₃粉预先经过电热处理后，与Cu₂Se粉混合压片，制成片状样品，将制好的样品，在电压和电流下，升温至250℃以上，得到所述的N型半导体热电材料。本发明通过对原料碲化铋进行电热处理，以及在碲化铋‑硒化亚铜合金制备过程中进行特殊的电热处理制备得到了N型热电材料；通过本发明的制备方法制备得到的合金材料，其在室温附近的较低温度范围内的塞贝克系数绝对值可高达200μV/K以上，因此，该碲化铋基合金材料在可穿戴热电器件领域具有较高的应用潜力。

技术领域

本发明涉及热电材料领域，尤其涉及一种N型半导体热电材料及其制备方法。

背景技术

热电材料是一类基于热电效应而可以实现热能与电能相互转化的功能材料。自上世纪50年代进入实用性发展阶段以来，其在航空航天科技、低品级热能回收与利用、绿色制冷以及智能纺织品等众多领域中展现出巨大的应用价值和发展潜力。近年来，随着可穿戴热电器件研究的迅猛发展和其市场需求的快速增大，作为其运行基础和核心的柔性热电材料也成为备受瞩目的一大研究热点。目前，常见于研究报导的柔性热电材料可分为三大类：导电有机高分子、无机半导体材料以及有机-无机复合材料。无机半导体材料以碲化铋、碲化铅、硅锗合金等为代表，具有高塞贝克系数和高电导率等优点，而其中碲化铋基材料因其在室温附近的较低温度范围内具有优秀热电性能和相对优良的机械性能而成为目前最理想和最常用的柔性热电材料之一。

当两端存在一定温差时，不同材料内部温差电动势指向会有不同，表现为塞贝克系数为正值的是P型热电材料，塞贝克系数为负值的则是N型热电材料。对于碲化铋基材料而言，可轻易通过掺杂，控制其微观形貌、结构和尺寸，和调整表面缺陷等手段改变其PN特性。总体而言，目前的碲化铋基N型热电材料的研究报导相对较少并且热电性能还落后于P型热电材料。对于一个理想的具有较高热电转换效率的热电器件来说，其需要内部的P型和N型热电材料均正常运转并且两者的热电性能相近。因此，碲化铋基N型热电材料还需要进一步的发展研究和提升热电性能。

发明内容

为了克服现有碲化铋基N型热电材料存在热电性能不足问题，本发明的目的之一在于提供一种N型半导体热电材料的制备方法，本发明的目的之二在于提供一种N型半导体热电材料。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

本发明第一方面提供了一种N型半导体热电材料的制备方法，包括如下步骤：

将Bi₂Te₃粉预先经过电热处理后，与Cu₂Se粉混合压片，制成片状样品，将制好的样品，在电压和电流下，升温至250℃以上，得到所述的N型半导体热电材料。

硒化亚铜因具有组成元素丰度较高、对环境友好以及其高温β晶相体现出的“电子晶体-声子玻璃”特性而被认为是未来热电应用领域的重要组成部分。将碲化铋与硒化亚铜通过一定的手段或制备工艺形成合金材料，以改变其内部载流子浓度和传输特性，同时优化晶体结构间的声子散射性能，是获得具有优良热电性能材料的合理可靠的方法。

优选的，这种制备方法中，热电处理包括以下步骤：将Bi₂Te₃粉压片制样成片状样品，然后在0-15V电压、0-0.7A电流下，升温至250℃以上；进一步优选的，热电处理包括以下步骤：将Bi₂Te₃粉压片制样成片状样品，然后在0-10V电压、0-0.5A电流下，升温至250-350℃。

优选的，这种制备方法中，压片步骤为：使用压片机在16-50Mpa压力下保持5min以上制成片状样品；进一步优选的，压片步骤为：使用压片机在18-42Mpa压力下保持8min以上制成片状样品；在本发明的一些优选实施方式中，压片步骤为：使用压片机在20-40Mpa压力下保持10min以上制成片状样品。