[发明专利]一种在PbTe或PbSe中添加元素铝的热电材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种在PbTe(碲化铅)或PbSe(硒化铅)中添加元素铝的热电材料，采用熔融或机械合金法制造一种热电材料，属于热电材料技术领域。

背景技术

热电材料在温差发电、固体制冷等方面应用前景广阔。热电材料综合性能用其热电优值ZT来衡量，ZT越高，则能量的转换效率越高。PbTe(碲化铅)是著名的中温热电材料，一般通过添加微量元素I(碘)等氯族元素以形成n型导电，其ZT一般在1以下。由于PbTe(碲化铅)中含有昂贵且易挥发的元素Te(碲)，为了降低成本、提高材料化学稳定性，PbSe(硒化铅)越来越受到重视，添加微量元素I(碘)等氯族元素后，其ZT一般在0.8左右。

发明内容

本发明的目的是提出一种在PbTe(碲化铅)或PbSe(硒化铅)中添加微量元素铝的热电材料。

一种在PbTe或PbSe中添加微量元素铝的热电材料，在PbTe或PbSe基体上添加微量金属Al，其组成配方为(以下为摩尔比)：

Pb∶Te∶Al＝1∶1∶(0.001-0.05)

Pb∶Se∶Al＝1∶1∶(0.001-0.05)。

所述的热电材料，在PbTe或PbSe基体上添加微量金属Al和In，其组成配方为(以下为摩尔比)：

Pb∶Te∶Al∶In＝1∶1∶(0.001-0.05)∶(0.001-0.02)

Pb∶Se∶Al∶In＝1∶1∶∶(0.001-0.05)∶(0.001-0.02)。

采用熔融法或机械合金法制备的“在PbTe或PbSe中添加元素铝的热电材料”，是在PbTe(碲化铅)或PbSe(硒化铅)基体上添加元素铝。元素铝在PbTe(碲化铅)或PbSe(硒化铅)中形成共振能级，提高了材料Seebeck系数，从而提高了材料热电优值ZT，在温差发电、固体制冷上将具有潜在的应用价值。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

Pb∶Te∶Al＝1∶1∶0.02上述配比为摩尔比，即原子数比。

制备方法：高能球磨+快速热压。

原材料为单质Pb，Te和Al，纯度不低于99.99％。球磨机为SPEX 8000M型。在氩气保护的手套箱中，将按上述化学配方配好的原材料与不锈钢磨球按1∶5(质量比)的比例一起放入上述球磨机配套的不锈钢球磨罐中，旋紧罐盖以防止氧气进入球磨罐，球磨时间5小时。快速热压可在直流快速热压机上进行。热压模具由石墨制造而成。模具为圆柱型，外径φ35mm，内径φ12.7mm，高40mm。距模具一端15mm处，从圆柱外表面向柱心钻一直径φ1.5mm、深10mm的盲孔，用于插入测温热电偶。称此端为下端，另一端为上端。上下两个压杆由石墨圆棒构成，直径均为12.7mm，其中一个14mm长，一个30mm长。模具及压杆放入手套箱中。将长14mm的压杆从下端放入模具并直立放置。在手套箱中打开球磨罐，将球磨了5小时的粉末约3克从上端装入模具，并且将另一个长度为30mm的压杆从上端放入模具。将装好粉末的模具取出手套箱，放入直流快速热压机。将测温热电偶从上述小孔插入模具，设置热压机压力为55MPa，热压温度500℃，到温后保温时间1分钟。开启热压机热压样品。热压结束后，待模具温度降至室温后，卸掉压力，取出模具。用顶杆将压杆顶出，即可取出压制好的材料。

电阻率和Seebeck系数测试在ULVAC ZEM-3上进行，热导率在NETZSCH LFA-457上进行。ZT＝α2T/(ρκ)。其中，α为Seebeck系数，ρ为电阻率，κ为热导率，T为绝对温度。

500℃时主要性能如下：

电阻率：2.9E-5Ωm

Seebeck系数：-200μV/K

热导率：1.36W/mK

ZT＝1.1

实施例2

Pb∶Se∶Al＝1∶1∶0.01，其余同实施例1。

575℃时主要性能如下：

电阻率：4.27E-5Ωm

Seebeck系数：-241μV/K

热导率：0.9W/mK

ZT＝1.3

实施例3

Pb∶Te∶Al∶In＝1∶1∶0.01∶0.005，其余同实施例1。

500℃时主要性能如下：

电阻率：2.51E-5Ωm

Seebeck系数：-208μV/K