[发明专利]一类钴基全赫斯勒合金材料其制备方法和多晶体器件

说明书

本发明涉及热电材料技术领域，公开一类钴基全赫斯勒合金材料其制备方法和多晶体器件，所述钴基全赫斯勒合金材料为多晶体，化学式为Cosubgt;2/subgt;MnYsubgt;1‑x/subgt;Zsubgt;x/subgt;，其中，Y＝Ga或Al，Z＝Si、Ge、Sn、Al、Ga、In中任一种，Y与Z不同，x表示原子百分比，0x≤0.6。本发明提供的一类钴基全赫斯勒合金材料仅通过组分含量调节就能显著提高反常能斯特热电势，且材料为多晶结构下，同样具有类比单晶体的优异反常能斯特热电势，而多晶体不仅力学性能优异，同时异于单晶体的缓慢生长过程，多晶体的合成工艺简单，易于大批量制备，也可制备大尺寸样品利于器件集成制造，获得稳定的功率输出。

技术领域

本发明涉及热电材料技术领域，具体涉及一类钴基全赫斯勒合金材料其制备方法和多晶体器件。

背景技术

全赫斯勒合金材料是组成为X₂YZ，晶体学空间群为225号的一大类金属间化合物，其中X和Y为过渡金属元素，Z为主族元素，且每个元素都占据着一套面心立方的亚晶格。每个元素最外层电子数加和满足28电子规则，是一类多功能材料。全赫斯勒合金材料表现出独特的电子结构，优异的力学性能，好的高温热稳定性和抗腐蚀性，以及良好的热和电输运性能，目前在横向热电研究领域得到了广泛的研究。

热电材料是一种能直接实现热能与电能之间相互转换的功能材料，基于热电材料的热电器件具有体积小、无噪声、高可靠性、高稳定性、无污染等优点。近些年，在工业余热废热发电、物联网自支持电源、深空探测电力供应、全固态制冷以及精准控温等领域有重要应用需求。

基于塞贝克效应的热电器件通常需要N型和P型的材料交替连接，其电极连接方面的热失配和界面电阻等问题一直受到广泛关注，且一维的热电传输形式使得器件通常具有较大的立体结构不利于微型热源的应用。作为另一种热电效应，反常能斯特效应描述了在纵向温度梯度诱导产生的热电势会出现在与之垂直的横向方向上，这使得基于反常能斯特效应的热电器件具有独特的结构优势：只需由一种导电类型的材料组成、输出电压可随电势方向尺寸正比增加、无需三维堆垛结构更利于集成等。能斯特器件独特的结构优势使得横向热电具有潜在的科学研究和应用价值。

当前，开发新的拓扑材料体系来寻求大的反常能斯特热电势是当前领域研究的主要关注点，而由于拓扑电子结构的复杂性和难预测性制约了该效应的快速发展。

利用材料的拓扑电子结构对反常能斯特效应的材料研究，是通过制备高质量的单晶材料来获得高的反常能斯特热电势，而单晶制备周期长，工艺复杂，难以批量生产等问题极大制约了该效应的应用和研究。

如Sakai等人(Sakai A,Mizuta Y P,Nugroho A A,et al.Giant anomalousNernst effect and quantum-critical scaling in a ferromagnetic semimetal.NatPhys,2018,14:1119-1124)采用柴可拉斯基法和Guin等人(Guin S N,Manna K,Noky J,etal.Anomalous Nernst effect beyond the magnetization scaling relation in theferromagnetic Heusler compound Co₂MnGa.NPG Asia Mater,2019,11:16)采用布里奇曼方法制备的单晶体需要经过高温的保温过程以实现均匀融化，以及使晶体长大的缓慢冷却过程。而多晶体易于制备，且工艺简单，但目前，关于多晶体中的反常能斯特效应研究却很少。

发明内容

本发明针对现有技术中反常能斯特效应相关材料研究的不足，提供一类具有优异反常能斯特效应的钴基全赫斯勒合金材料，该材料呈现多晶体状态下不仅具有优异的力学性能，还可获得最高-7.46μV/K的反常能斯特热电势。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：