[发明专利]一种适用于Cu2SnSe3基热电元件的合金电极及该热电元件的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于热电元器件及制备领域，特别涉及适用于Cu₂SnSe₃基热电元件的合金电极及适用于Cu₂SnSe₃基热电元件的制备工艺。

背景技术

热电材料是一种可以将热能和电能相互转化的能源材料，它利用本身的塞贝克效应效应将热能直接转化为电能，热电材料制备的热电发电元器件工作时无需机械运动部件，而且还具有寿命长，可靠性高，对环境无污染等优点，在航天领域、工业余热回收及地热利用等领域具有很大的潜力，在能源日益紧张的现代社会中，热电发电元器件的研究和开发得到了全世界的重视。

目前，关于低温热电发电的元器件技术例如碲化铋等已经相当的成熟并被广泛的应用于商业生产，但中高温的热电材料如PbTe、SiGe、方钴矿等由于其高温端温度较高，因此其高温端材料与电极的连接技术仍然是制约中高温热电发电器件发展的关键问题。对中高温热电元器件的电极选择及其连接技术主要要求是：(1) 电极材料的热膨胀系数和热电材料相匹配以防止热应力过大产生界面裂纹；(2) 在使用温度范围内电极与热电材料无严重的相互扩散或者反应；(3) 电极本身要有较高的电导率和热导率；(4) 使用温度范围内要具有一定的抗氧化性以保证器件的可靠性和使用寿命；(5) 电极与热电材料的连接需有一定的机械强度；(6) 电极与热电材料的界面电阻要小。例如在专利文献JP11274580中，PbTe热电材料采用了Cu电极，在专利文献ZL 200710037778.X中，方钴矿利用放电等离子烧结技术（SPS）制备出Mo-Cu合金作为电极的方钴矿热电元件，而该热电元件中含有中间过渡层Ti层，界面越多，带来的热损耗和电损耗就越大，从而严重影响热电元件的性能。

Cu₂SnSe₃基热电材料因其特殊的类金刚石结构而具有较好的热电性能，被认为具有很大应用前景的中温发电材料之一，目前P型Cu₂SnSe₃基的热电优值（ZT）都已经达到了1.0以上，但是Cu₂SnSe₃基热电元器件的制备技术目前尚属空白，而其它中高温热电材料的电极及连接技术等并不适用于Cu₂SnSe₃基热电材料，因此，研发一种适用于Cu₂SnSe₃基热电材料的合金电极及连接技术具有广阔的市场前景。

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种适用于Cu₂SnSe₃基热电元件的合金电极，该电极可以实现与p型Cu₂SnSe₃热电材料良好的热匹配，如图1所示， Ti-Ni合金电极和Cu₂SnSe₃热电材料在100-450℃之间热膨胀系数非常接近。

本发明还提供了一种利用快速热压烧结实现Ti-Ni合金电极与Cu₂SnSe₃良好连接从而制备出p型Cu₂SnSe₃热电元件的工艺，该工艺制备的热电元件电极界面可靠性高，界面电导率低，工艺简便。

本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：

本发明提供了一种适用于Cu₂SnSe₃基热电元件的合金电极，该合金电极为Ti-Ni合金。

进一步的，所述Ti-Ni合金中Ni的质量百分含量为15-18%，剩余为Ti。

本发明还提供了一种适用于Cu₂SnSe₃基热电材料同合金电极连接的热电元件的制备工艺，包括以下步骤：

（1）首先将Ti-Ni合金的电极片进行喷砂处理，使其两个表面都具有一定的表面粗糙度；

（2）将Ti-Ni合金的电极片超声清洗，超声完毕后晾干放入石墨模具中；

（3）将Cu₂SnSe₃粉体原料进行行星球磨；

（4）将行星球磨后的Cu₂SnSe₃粉体均匀覆盖在石墨模具中的电极表面，在真空条件下进行快速热压烧结。

进一步的，所述Ti-Ni合金的电极片的厚度为0.2-2.0mm。