本發(fā)明涉及一種提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，屬于熱電材料。

背景技術(shù)：

1、隨著社會發(fā)展程度的提高，裝置、器件智能化的程度逐漸加深。一方面是對小型化，便攜式的制冷裝置的需求越來越大；另一方面，對于不方便供電的分布式傳感器等小型裝置來說，可穩(wěn)定、長期供電的小型發(fā)電裝置也擁有越來越大的需求市場。針對以上兩方面來說，熱電技術(shù)可以提供優(yōu)秀的解決方案。一方面可以利用帕爾貼效應(yīng)，利用電能來進行制冷；另一方面，對于附近有穩(wěn)定溫差的區(qū)域，例如工廠排放廢熱的管道，汽車尾氣管，人體等，可以利用塞貝克效應(yīng)來將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，供給其他裝置使用。因此發(fā)展熱電技術(shù)將對未來物聯(lián)網(wǎng)智能化的發(fā)展具有重要的意義。

2、熱電技術(shù)的應(yīng)用需要依賴于熱電器件。熱電器件主要是由半導體材料來組成，其具有無機械結(jié)構(gòu)，無噪聲，體積小的特點。其中最重要的部分是熱電材料，分為n型和p型。熱電材料的熱電優(yōu)值(zt)對一個熱電器件性能優(yōu)劣起決定性作用。目前應(yīng)用較多的n型室溫熱電材料是bisbte基材料。其熱電性能較高，但其具有脆性，機械加工性能較差。而銀硫族材料通常具有更好的機械加工性能，甚至具有一定的延展性，但熱電性能較差。因此開發(fā)新的方法來提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值對室溫熱電技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的協(xié)同優(yōu)化方法，通過元素比例優(yōu)化及與熱流方向垂直方向的磁場施加的協(xié)同作用，能夠在室溫下提升熱電優(yōu)值zt，同時不對其材料進行除本身元素(銀、碲)外的摻雜改性，保留了材料本身機械強度。

2、在本發(fā)明中，先對本征材料進行元素比例優(yōu)化，然后再將與熱流方向垂直的磁場作用于優(yōu)化后的材料上。已知熱電優(yōu)值的表達式為zt＝(s2·t)/(κ·ρ)，除絕對溫度t外，其余三個參數(shù)都與載流子濃度等微觀電子結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，因此單獨地追求某一參數(shù)的增加并不能提升整體的熱電優(yōu)值。在本發(fā)明中，通過兩種手段的協(xié)同作用，實現(xiàn)了本征材料的熱電勢(s)有所增加，電阻率(ρ)有所降低，熱導率(κ)大大降低，從而可以實現(xiàn)材料zt的大幅提升。

3、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

4、本發(fā)明一方面提供一種提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，所述方法為：在碲化銀作為熱電材料使用時，對其施加與熱流方向垂直的磁場；所述碲化銀其組成為ag2+xte，其中0<x≤0.1；所述熱流方向為熱量由高溫端向低溫端流動的方向。

5、上述技術(shù)方案中，進一步地，所述磁場的磁感應(yīng)強度為y，0t<y≤13t。

6、上述技術(shù)方案中，進一步地，所述碲化銀的制備方法包括如下步驟：

7、a、按配比稱取銀單質(zhì)和碲單質(zhì)置于石英管中，真空封管后置于管式爐內(nèi)熔融反應(yīng)，然后冰水淬火；

8、b、完全冷卻后再次置于管式爐中進行退火，隨后自然冷卻；

9、c、取出塊體后去除表面析出物，研磨成粉末，然后進行熱壓壓片；

10、d、通過線切割將材料切割成需要的尺寸。

11、上述技術(shù)方案中，進一步地，步驟a中，石英管真空封管的真空度低于10pa，熔融反應(yīng)的溫度為900℃-1200℃，保溫時間為8h-12h，淬火時間為6h-12h。

12、上述技術(shù)方案中，進一步地，步驟b中，退火溫度為400℃-600℃，退火時間為24h-72h。

13、上述技術(shù)方案中，進一步地，步驟c中，熱壓時，施加的壓力為50mpa-80mpa，壓片溫度為400℃-600℃，保溫時間5min-10min。

14、本發(fā)明另一方面提供一種上述提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法的應(yīng)用，用于便攜式熱電致冷裝置、人體溫差發(fā)電供能裝置。

15、本發(fā)明的有益效果為：

16、1.本發(fā)明方法實施簡便，無需對材料本身進行除本身元素(銀、碲)外的摻雜改性，保留了材料本身機械強度。

17、2.本發(fā)明方法可使碲化銀材料室溫熱電優(yōu)值顯著提升。

18、3.本發(fā)明碲化銀的制備方法簡單高效，有利于大批量生產(chǎn)固定比例的碲化銀材料。

技術(shù)特征：

1.一種提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，其特征在于，所述方法為：在碲化銀作為熱電材料使用時，對其施加與熱流方向垂直的磁場；所述碲化銀其組成為ag2+xte，其中0<x≤0.1；所述熱流方向為熱量由高溫端向低溫端流動的方向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，其特征在于，所述磁場的磁感應(yīng)強度為y，0t<y≤13t。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，其特征在于，所述碲化銀的制備方法包括如下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，其特征在于，步驟a中，石英管真空封管的真空度低于10pa，熔融反應(yīng)的溫度為900℃-1200℃，保溫時間為8h-12h，淬火時間為6h-12h。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，其特征在于，步驟b中，退火溫度為400℃-600℃，退火時間為24h-72h。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，其特征在于，步驟c中，熱壓時，施加的壓力為50mpa-80?mpa，壓片溫度為400℃-600℃，保溫時間5min-10min。

7.一種權(quán)利要求1-6任一項提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法的應(yīng)用，其特征在于，用于便攜式熱電致冷裝置、人體溫差發(fā)電供能裝置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種提升碲化銀室溫熱電優(yōu)值的方法，屬于熱電材料技術(shù)領(lǐng)域。在碲化銀作為熱電材料使用時，對其施加與熱流方向垂直的磁場；所述碲化銀其組成為Ag<subgt;2+x</subgt;Te，其中0<x≤0.1；所述熱流方向為熱量由高溫端向低溫端流動的方向。本發(fā)明方法實施簡便，無需對材料本身進行雜元素摻雜改性，保留了材料本身機械強度；本發(fā)明方法可使碲化銀材料室溫熱電優(yōu)值顯著提升。

技術(shù)研發(fā)人員：姜鵬,陳明宇,包信和
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院大連化學物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30